豬功能性氨基酸營(yíng)養(yǎng)研究進(jìn)展

gansao-hua

豬功能性氨基酸營(yíng)養(yǎng)研究進(jìn)展

孔祥峰
印遇龍
伍國(guó)耀

(1.中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)代謝過(guò)程與生理調(diào)控重點(diǎn)試驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)生態(tài)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙410125；2.Departments of
Animal Science，Texas
A&M University，College Station，Texas 77843，USA)

收稿日期：2008-06-16

基金項(xiàng)目：中科院知識(shí)創(chuàng)新重要方向項(xiàng)目(KSCX2-YW-N-051)，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30771558)，海外青年學(xué)者合作研究基金(30528006)，中科院海外杰出學(xué)者基金項(xiàng)目(2005-1-4)，王寬誠(chéng)教育基金會(huì)項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：孔祥峰(1974-)，男，博士，副研究員，主要從事動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)和臨床獸醫(yī)學(xué)研究。E-mail：nnkxf@live.cn

通訊作者：印遇龍，教授，E-mail：yinyulong@isa.ac.cn

摘要：傳統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)學(xué)主要是把氨基酸作為合成蛋白質(zhì)的前體去研究蛋白質(zhì)和氨基酸的需要量。近年來(lái)，人們對(duì)氨基酸在物質(zhì)代謝和免疫功能調(diào)控中所起的作用越來(lái)越感興趣，并提出了功能性氨基酸的概念。功能性氨基酸是指除了合成蛋白質(zhì)外還具有其他特殊功能的氨基酸，其不僅對(duì)動(dòng)物的正常生長(zhǎng)及維持是必需的，而且對(duì)多種生物活性物質(zhì)的合成也是必需的。例如精氨酸能提高受孕率，促進(jìn)胚胎發(fā)生，增加血流量，增強(qiáng)抗氧化活性，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成、免疫細(xì)胞增殖和腸道發(fā)育，最終提高動(dòng)物繁殖性能及胚胎和新生動(dòng)物的生長(zhǎng)與健康。因此，在日糧中添加功能性氨基酸可大大提高豬的營(yíng)養(yǎng)狀況和生產(chǎn)性能。

關(guān)鍵詞：功能性氨基酸；代謝調(diào)控；免疫功能

營(yíng)養(yǎng)不良和感染疾病是動(dòng)物成活、生長(zhǎng)和繁衍后代的主要障礙。目前，蛋白質(zhì)攝入缺乏仍是動(dòng)物生產(chǎn)面臨的一個(gè)嚴(yán)重的營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題。日糧蛋白質(zhì)攝入不足可導(dǎo)致血漿氨基酸和蛋白質(zhì)濃度下降，組織中細(xì)胞因子的表達(dá)降低，引起多種維生素和微量元素的缺乏，從而降低機(jī)體的營(yíng)養(yǎng)水平和免疫功能。蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良增加了動(dòng)物對(duì)疾病的易感性及感染性疾病的發(fā)生率和死亡率[1]。傳統(tǒng)上，人們大量關(guān)注必需氨基酸在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的作用。然而，最新的研究結(jié)果表明，非必需氨基酸在調(diào)節(jié)代謝等生理過(guò)程中具有多種獨(dú)特的功能，從而影響動(dòng)物的健康和飼料轉(zhuǎn)化率，這改變了人們對(duì)氨基酸在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)和生產(chǎn)中作用的理解[2]?？梢?jiàn)，最佳的蛋白質(zhì)和氨基酸攝入對(duì)維持動(dòng)物的正常生長(zhǎng)和健康是必需的，闡明不同氨基酸在物質(zhì)代謝和免疫反應(yīng)過(guò)程中的特殊作用將有助于保障動(dòng)物的健康生長(zhǎng)[3]。本文主要從功能性氨基酸的概念及其與胎豬和新生仔豬生長(zhǎng)、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)、中間代謝調(diào)節(jié)和免疫功能的關(guān)系等方面，闡明其在營(yíng)養(yǎng)和生理過(guò)程中的特殊作用，以期推進(jìn)功能性氨基酸在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的大規(guī)模應(yīng)用。

1、功能性氨基酸的概念

近年來(lái)，條件性必需氨基酸和非必需氨基酸逐漸被人們所關(guān)注，因?yàn)樗鼈冊(cè)谡{(diào)節(jié)代謝和生理過(guò)程中具有多種獨(dú)特的功能。例如，某些氨基酸能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的周轉(zhuǎn)，還是合成NO、多胺、谷胱甘肽、核酸、激素和神經(jīng)遞質(zhì)等生物活性物質(zhì)的底物。這些物質(zhì)代謝異?？山档筒墒沉浚瑪_亂機(jī)體的動(dòng)態(tài)平衡，阻滯動(dòng)物的生長(zhǎng)和發(fā)育，甚至導(dǎo)致死亡[2]。因此，研究者們提出了功能性氨基酸的概念。

功能性氨基酸是指除了合成蛋白質(zhì)外還具有其他特殊功能的氨基酸，其不僅對(duì)動(dòng)物的正常生長(zhǎng)和維持是必需的，而且對(duì)多種生物活性物質(zhì)的合成也是必需的，具體包括精氨酸、谷氨酰胺、支鏈氨基酸、色氨酸、甘氨酸和脯氨酸等口]。因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)哺乳動(dòng)物體內(nèi)，精氨酸、谷氨酰胺、瓜氨酸和脯氨酸之間可通過(guò)復(fù)雜的器官內(nèi)代謝作用相互轉(zhuǎn)化，又被稱(chēng)為精氨酸家族氨基酸(AFAA)[3]。

2、功能性氨基酸與胎兒和新生動(dòng)物生長(zhǎng)2.1、精氨酸家族氨基酸可增加母豬產(chǎn)仔率

精氨酸、鳥(niǎo)氨酸和谷氨酰胺對(duì)胚胎、胎盤(pán)和胎兒的發(fā)育具有重要作用[4]。妊娠30-40d期間，豬尿囊液中精氨酸、鳥(niǎo)氨酸和谷氨酰胺的濃度分別增加23、18和4倍，其含氮量占所有α-氨基酸含氮量的67％[5]。胎兒尿囊液中AFAA的含量增高，與前1／2妊娠期胎盤(pán)合成的NO和多胺量增加有關(guān)，這時(shí)的胎盤(pán)生長(zhǎng)也最快，提示以精氨酸為主的代謝途徑在孕體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中至關(guān)重要。這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)和細(xì)胞增殖對(duì)胚胎發(fā)生和著床、血管生成、胎盤(pán)生長(zhǎng)和發(fā)育以及胎兒生長(zhǎng)發(fā)揮作用。在妊娠14~28 d母豬日糧中添加1.0％的精氨酸，出生活仔數(shù)增加1頭[6]；在妊娠30~114 d母豬日糧中添加1.0％的精氨酸能夠增加血漿中精氨酸、鳥(niǎo)氨酸和脯氨酸的濃度，出生活仔數(shù)增加2頭，出生窩重增加24％[7]。

2.2、精氨酸家族氨基酸可促進(jìn)仔豬生長(zhǎng)

給7～21日齡人工乳喂養(yǎng)的仔豬補(bǔ)充0.2％和0.4％的L-精氨酸，可劑量依賴(lài)性地增加血漿中精氨酸的濃度，降低血漿中氨的水平，增加體重[8]。同樣，Wu等[3]報(bào)道，通過(guò)人工乳給3～4日齡斷奶的仔豬補(bǔ)充0.2％
和0.4％
的精氨酸1周，可分別增加體重43％和93％
。上述數(shù)據(jù)提示，精氨酸缺乏可能是限制新生仔豬達(dá)到最快生長(zhǎng)的一個(gè)主要因素。

因?yàn)槟肛i泌乳時(shí)乳腺組織可大量分解精氨酸，因此，在泌乳母豬日糧中添加精氨酸以提高乳中的精氨酸濃度不是一個(gè)有效的方法。但是，給2～3周齡哺乳仔豬腸道補(bǔ)充N(xiāo)-氨甲酰谷氨酸(N-car-bamoylglutamate，NCG)可有效提高仔豬生長(zhǎng)。給4日齡哺乳仔豬口服NCG直到14日齡，可提高血漿精氨酸濃度68％
，阻止出生后血漿精氨酸濃度的顯著下降，4～14日齡期間仔豬體增重增加61％。口服NCG可分別增加仔豬背最長(zhǎng)肌和腓腸肌中絕對(duì)蛋白質(zhì)合成30％和21％[9]。有趣的是，骨骼肌蛋白質(zhì)合成的增加并不能完全解釋NCG對(duì)仔豬的增重效應(yīng)，提示精氨酸不僅能夠增加蛋白質(zhì)合成，而且能抑制骨骼肌中蛋白質(zhì)的降解[10]。

2.3、谷氨酰胺可維持粘膜的正常形態(tài)

谷氨酰胺在粘膜代謝中具有關(guān)鍵作用，被認(rèn)為可維護(hù)豬腸道屏障的完整性和功能。在斷奶后仔豬十二指腸中段安裝T型瘺管，發(fā)現(xiàn)日糧谷氨酰胺不被胃和十二指腸上段的酸水解，因此能有效供給小腸吸收和代謝利用。另外，在日糧中添加1％的谷氨酰胺能防治發(fā)生在斷奶后7d內(nèi)的空腸萎縮癥，并提高斷奶后第2周的體重／采食的比值25％[11]。

3、功能性氨基酸與細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)3.1、亮氨酸促進(jìn)骨骼肌中蛋白質(zhì)合成的同時(shí)抑制其降解

細(xì)胞內(nèi)持續(xù)的蛋白質(zhì)合成和降解稱(chēng)為細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)，這決定著細(xì)胞和組織內(nèi)的蛋白質(zhì)平衡及氨基酸的凈釋放量。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，亮氨酸能夠刺激體外培養(yǎng)的骨骼肌中蛋白質(zhì)的合成，并抑制其降解。通過(guò)口服或在日糧中補(bǔ)充亮氨酸可提高新生仔豬的血漿亮氨酸水平，從而增加肌肉蛋白質(zhì)的合成，亮氨酸的這一作用是通過(guò)激活哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶標(biāo)(mammalian target of rapamyein，mToR)的信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的[12]。亮氨酸水平升高引起的mTOR磷酸化，可使p70 S6激酶和真核起始因子4E-結(jié)合蛋白-1磷酸化，從而增加活性多肽合成起始復(fù)合物。亮氨酸抑制肌肉蛋白質(zhì)降解的機(jī)制可能涉及到亮氨酸產(chǎn)生α-酮酸的轉(zhuǎn)氨基作用。除骨骼肌外，亮氨酸還可降低被灌注肝臟中蛋白質(zhì)的降解，可能是mTOR介導(dǎo)的自吞噬作用受到抑制。另外，亮氨酸還能活化腸上皮細(xì)胞中的mTOR 信號(hào)通路。

3.2、谷氨酰胺可提高骨骼肌和小腸粘膜蛋白質(zhì)的合成

在分解代謝狀態(tài)下，肌肉中谷氨酰胺水平顯著降低，并出現(xiàn)蛋白質(zhì)代謝負(fù)平衡，表明谷氨酰胺與蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)可能存在一定關(guān)系。Rennie等證實(shí)，向大鼠骨骼肌中灌注谷氨酰胺可提高其蛋白質(zhì)合成、抑制其降解。除骨骼肌外，谷氨酰胺還能刺激小腸粘膜中的蛋白質(zhì)合成、抑制其降解，其機(jī)理可能與mTOR信號(hào)通路有關(guān)[13]。谷氨酰胺還可提高鳥(niǎo)氨酸脫羧酶的表達(dá)，調(diào)節(jié)NO的合成。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，生理濃度的NO是一種可調(diào)節(jié)mTOR活性和營(yíng)養(yǎng)代謝的信號(hào)分子。mTOR信號(hào)通路的激活可能與日糧添加L-谷氨酰胺防止早期斷奶仔豬腸道萎縮有一定關(guān)系
。由于亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸是動(dòng)物組織尤其是骨骼肌中合成谷氨酰胺的底物，谷氨酰胺可部分介導(dǎo)動(dòng)物體內(nèi)支鏈氨基酸的合成效應(yīng)，這種作用可能對(duì)泌乳乳腺組織相當(dāng)重要。

3.3、精氨酸能促進(jìn)仔豬骨骼肌和整個(gè)機(jī)體的蛋白質(zhì)沉積

越來(lái)越多的證據(jù)表明，精氨酸可增加病毒感染和營(yíng)養(yǎng)不良條件下處于分解代謝狀態(tài)的豬小腸中蛋白質(zhì)的合成。然而，在培養(yǎng)液中添加精氨酸對(duì)哺乳動(dòng)物肝細(xì)胞中mTOR的磷酸化卻沒(méi)有影響；給人工乳喂養(yǎng)的新生仔豬補(bǔ)充精氨酸也不能增加肝臟組織中mTOR信號(hào)通路的活性[10]。由于在肝臟中存在高活性的精氨酸酶，可迅速水解精氨酸，使得肝細(xì)胞中精氨酸的濃度很低，這一事實(shí)可解釋上述現(xiàn)象。但是，在哺乳仔豬的腸上皮細(xì)胞中缺乏精氨酸酶活性或精氨酸分解代謝。因此，提高細(xì)胞外精氨酸濃度對(duì)提高細(xì)胞內(nèi)精氨酸濃度是非常有效的。最近的研究表明，精氨酸可激活小腸上皮細(xì)胞和肌肉組織中mTOR和其他激酶介導(dǎo)的信號(hào)通路，從而刺激蛋白質(zhì)的合成，增強(qiáng)細(xì)胞的移行，并促進(jìn)受損腸道上皮細(xì)胞的修復(fù)[10]。這可能是精氨酸防止新生仔豬腸道萎縮和功能紊亂的一種機(jī)制。通過(guò)在日糧中添加精氨酸或通過(guò)代謝途徑激活內(nèi)源性精氨酸合成來(lái)提高哺乳仔豬的血漿精氨酸水平，能促進(jìn)仔豬骨骼肌和整個(gè)機(jī)體的蛋白質(zhì)沉積。

4、功能性氨基酸可直接參與中間代謝調(diào)節(jié)

功能性氨基酸還可直接調(diào)節(jié)中間代謝[14]。例如，精氨酸是N-乙酰谷氨酸合成酶的變構(gòu)激活因子，因此精氨酸和谷氨酸使尿素循環(huán)維持在一個(gè)活躍的狀態(tài)。丙氨酸抑制丙酮酸激酶，從而調(diào)節(jié)糖異生和糖酵解過(guò)程。天冬氨酸和谷氨酸可介導(dǎo)還原當(dāng)量通過(guò)線粒體膜的轉(zhuǎn)移，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的糖酵解和氧化還原狀態(tài)。精氨酸和苯丙氨酸能上調(diào)三磷酸鳥(niǎo)苷(GTP)環(huán)式水解酶-Ⅰ的表達(dá)和活性，從而增加用于精氨酸合成NO和芳香族氨基酸羥基化作用的四氫生物蝶呤的供給。牛磺酸、賴(lài)氨酸、谷氨酸和高半胱氨酸等其他多種氨基酸也可調(diào)節(jié)精氨酸-NO途徑，使其發(fā)揮生理作用。精氨酸或其代謝產(chǎn)物可上調(diào)與線粒體生物合成和底物氧化有關(guān)的關(guān)鍵蛋白質(zhì)和酶的表達(dá)，從而減少動(dòng)物體脂的儲(chǔ)積。蛋氨酸、甘氨酸和絲氨酸在一碳基團(tuán)代謝、蛋白質(zhì)和DNA甲基化過(guò)程中起著重要作用，從而調(diào)節(jié)基因表達(dá)和蛋白質(zhì)活性。最后，協(xié)調(diào)肝臟、骨骼肌、腸道和免疫細(xì)胞中的氨基酸代謝，為腎臟中氨的生成提供更多的谷氨酰胺，從而調(diào)節(jié)酸堿平衡。

5、功能性氨基酸與免疫功能5.1、谷氨酰胺

谷氨酰胺可從多個(gè)方面影響免疫功能。第一，谷氨酰胺對(duì)T細(xì)胞絲裂原和蛋白激酶C激活的豬淋巴細(xì)胞增殖是必需的。體外培養(yǎng)的巨噬細(xì)胞大量表達(dá)誘導(dǎo)型N0合成酶(nitric oxide synthase，in-ducible，iNOS)也需要足夠的細(xì)胞外谷氨酰胺。在培養(yǎng)液中補(bǔ)充谷氨酰胺可顯著阻止淋巴細(xì)胞的凋亡、刺激細(xì)胞生長(zhǎng)、促進(jìn)抗體產(chǎn)生。第二，谷氨酰胺影響體外培養(yǎng)的淋巴因子激活的NK細(xì)胞的溶解能力。第三，谷氨酰胺對(duì)NK細(xì)胞的活化是必需的。最后，谷氨酰胺還可調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的產(chǎn)生。

動(dòng)物試驗(yàn)表明，通過(guò)日糧添加或腸外營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充谷氨酰胺可增強(qiáng)宿主的免疫功能。補(bǔ)充谷氨酰胺可維持內(nèi)毒素感染的早期斷奶仔豬肌肉中谷氨酰胺濃度，使淋巴細(xì)胞功能恢復(fù)正常[15]。在日糧中添加谷氨酰胺也可改變斷奶仔豬腸道中細(xì)胞因子基因的表達(dá)水平[16]。

5.2、精氨酸、瓜氨酸和鳥(niǎo)氨酸

精氨酸可促進(jìn)胰島素、生長(zhǎng)激素、泌乳素和胰島素樣生長(zhǎng)因子的分泌[17]。這些激素參與了精氨酸對(duì)免疫功能的調(diào)節(jié)作用。大量體外研究表明，iNOS在先天性免疫和獲得性免疫中均起著重要作用，巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞合成的NO是機(jī)體抗微生物和抗有害細(xì)胞的必需機(jī)制。因此，由iNOS催化合成的NO與免疫反應(yīng)關(guān)系最為密切。因?yàn)榫彼崾蔷彼崦负蚷NOS的共同底物，二者競(jìng)爭(zhēng)催化精氨酸，所以調(diào)節(jié)精氨酸酶的表達(dá)和活性在細(xì)胞產(chǎn)生NO過(guò)程中起著關(guān)鍵作用[18]。精氨酸可調(diào)節(jié)T細(xì)胞受體ζ鏈(CD3ζ)的表達(dá)，CD3ζ對(duì)T細(xì)胞受體的完整性是必需的。另外，瓜氨酸或精氨酸的充分供給對(duì)CD3ζ保護(hù)和表達(dá)是必需的。這為利用瓜氨酸增加精氨酸的供給提供了基礎(chǔ)。日糧補(bǔ)充精氨酸能增強(qiáng)妊娠母豬和新生仔豬的免疫狀態(tài)，從而減少病原感染引起的發(fā)病率和死亡率。與精氨酸相似，補(bǔ)充鳥(niǎo)氨酸α-酮戊二酸也可調(diào)節(jié)各種處于分解代謝的動(dòng)物模型的免疫功能。

5.3、含硫氨基酸

蛋氨酸和半胱氨酸是蛋白質(zhì)合成需要的2種含硫氨基酸，其中半胱氨酸是谷胱甘肽(glutathione，GSH)和H2S的前體物。GSH的合成受日糧中含硫氨基酸攝入的影響，所以充足的日糧含硫氨基酸攝入對(duì)免疫系統(tǒng)蛋白質(zhì)合成是很重要的。例如，免疫細(xì)胞中的GSH濃度可調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，包括Th細(xì)胞功能和抗體產(chǎn)生。細(xì)胞外半胱氨酸或細(xì)胞內(nèi)GSH的缺乏可減少CD4細(xì)胞的數(shù)量，降低γ干擾素(interferon，IFN-γ)的產(chǎn)生，抑制絲裂原刺激引起的淋巴細(xì)胞增殖，減小細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞活性。在發(fā)生感染時(shí)半胱氨酸的代謝發(fā)生顯著改變。GSH可清除自由基和其他活性氧分子，與各種親和電子和外源性化學(xué)物質(zhì)形成軛合物以解毒上述物質(zhì)。

各種分解代謝條件下，在日糧中添加蛋氨酸或半胱氨酸對(duì)免疫系統(tǒng)是有益的。然而，在日糧中添加過(guò)高劑量的蛋氨酸或半胱氨酸對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)和免疫反應(yīng)是有害的，因?yàn)楦叨拘晕镔|(zhì)如高半胱氨酸和硫酸產(chǎn)生過(guò)多。半胱氨酸在血液中很容易被氧化成胱氨酸，并且高濃度的胱氨酸是有毒的，因此，常通過(guò)靜脈輸注或飲水N-乙酰半胱氨酸和L-2-氧噻唑烷-4-羧酸鹽來(lái)補(bǔ)充半胱氨酸，以增加細(xì)胞中內(nèi)源性GSH的合成。

5.4、色氨酸

色氨酸通過(guò)四氫生物喋呤依賴(lài)的色氨酸羥化酶途徑分解產(chǎn)生5-羥色胺、N-乙酰血清素、褪黑色素和維生素L。在炎性反應(yīng)或存在內(nèi)毒素(1ipopo-lysaccharide，LPS)、細(xì)胞因子刺激時(shí)，色氨酸在吲哚胺2，3-雙加氧酶催化下生成維生素L的分解代謝增加。5-羥色胺、褪黑色素和N-乙酰血清素可通過(guò)抑制超氧化物和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis
factor，TNF-α)產(chǎn)生及清除自由基而增強(qiáng)機(jī)體免疫功能。另外，通過(guò)調(diào)節(jié)誘導(dǎo)型NO合成，N-乙酰血清素可影響免疫系統(tǒng)。豬發(fā)生慢性肺炎時(shí)，其血漿色氨酸水平逐漸降低?？梢?jiàn)，色氨酸的分解代謝對(duì)巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的功能有重要作用。已有人報(bào)道，口服色氨酸可增強(qiáng)動(dòng)物的先天性免疫反應(yīng)。

5.5、脯氨酸

在新生哺乳動(dòng)物體內(nèi)，脯氨酸是合成精氨酸的重要底物。所以，在日糧中就必需提供足夠的脯氨酸以滿足其代謝需要。在豬的小腸中存在較高的脯氨酸氧化酶活性。吡咯琳-5-羧酸(P5C)可在P5C還原酶催化下被還原成脯氨酸。脯氨酸-P5C循環(huán)功能可調(diào)節(jié)細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)和淋巴細(xì)胞增殖活性，這可為脯氨酸阻止淋巴細(xì)胞凋亡、刺激細(xì)胞生長(zhǎng)、促進(jìn)抗體產(chǎn)生等作用提供一種細(xì)胞學(xué)機(jī)制。另外，脯氨酸占膠原蛋白中氨基酸的1／3，所以對(duì)免疫細(xì)胞參與的創(chuàng)傷愈合和外傷愈合具有關(guān)鍵作用。

另外，脯氨酸氧化酶對(duì)免疫功能具有重要作用。腸道脯氨酸氧化酶不足引起的脯氨酸分解代謝缺乏可降低腸道免疫功能?？梢酝茰y(cè)，在胎豬和新生豬發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，豬胎盤(pán)和仔豬腸道中高活性的脯氨酸氧化酶對(duì)保護(hù)這些器官免受感染起著關(guān)鍵作用。另外，乳中也存在脯氨酸氧化酶，這有助于保護(hù)新生豬腸道免受細(xì)菌和病毒感染[20]。這可部分解釋?zhuān)c哺乳新生仔豬相比，為什么飼喂非乳日糧的新生仔豬發(fā)生腸道功能障礙的機(jī)率較高。

5.6、天冬氨酸和谷氨酸

天冬氨酸和谷氨酸在粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中起著多種作用。作為合成嘌呤和嘧啶核苷酸的底物，天冬氨酸對(duì)免疫細(xì)胞增殖很重要。而且，天冬氨酸還參與巨噬細(xì)胞中精氨酸-NO循環(huán)。這有助于維持適當(dāng)?shù)募?xì)胞內(nèi)精氨酸濃度，以利于免疫應(yīng)激條件下大量生成NO。天冬氨酸還可通過(guò)合成天冬酰胺調(diào)節(jié)免疫功能。另外，谷氨酸可調(diào)節(jié)iNOS在大腦等組織中的表達(dá)，從而間接調(diào)節(jié)動(dòng)物的免疫活性。谷氨酸是合成了γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric
acid，GABA)的底物，GABA存在于淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中。免疫細(xì)胞可表達(dá)GABA受體，GABA受體可介導(dǎo)GABA對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)展和T細(xì)胞增殖的抑制效應(yīng)。另外，作為GSH合成的直接前體物，谷氨酸在調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)過(guò)程中起著重要作用。除了作為能量物質(zhì)在細(xì)胞代謝中起作用外，天冬氨酸和谷氨酸在中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中是興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，作為離子移變和促代謝受體，在調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)中起作用。

最近的研究結(jié)果表明，在日糧中補(bǔ)充天冬氨酸和谷氨酸對(duì)新生仔豬的最佳生長(zhǎng)和健康是必需的。日糧谷氨酸的有益作用呈劑量依賴(lài)關(guān)系，并且長(zhǎng)期添加作用更明顯。因此，日糧谷氨酸對(duì)恢復(fù)免疫抑制機(jī)體的最佳免疫狀態(tài)是必需的。

5.7、支鏈氨基酸

淋巴細(xì)胞可表達(dá)催化支鏈氨基酸(branch
chain amino acid，BCAA)降解的BCAA轉(zhuǎn)氨酶和支鏈2-酮酸脫氫酶。當(dāng)有絲裂原刺激時(shí)，淋巴細(xì)胞中亮氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)和利用顯著增加。亮氨酸是mTOR信號(hào)通路的激活劑，而mTOR信號(hào)通路可調(diào)節(jié)細(xì)胞中蛋白質(zhì)的合成和降解[21]。許多動(dòng)物試驗(yàn)表明，BCAA 攝入不足可導(dǎo)致免疫抑制。所以，亮氨酸對(duì)免疫功能的影響比異亮氨酸和纈氨酸更大。因?yàn)?種BCAA共用相同的細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)載體，日糧中BCAA不平衡可導(dǎo)致免疫抑制，尤其是當(dāng)動(dòng)物采食低蛋白質(zhì)日糧時(shí)。在日糧中添加β-羥基-β-甲基-丁酸(亮氨酸的一種代謝產(chǎn)物)可增強(qiáng)受感染豬的免疫功能，降低死亡率。

5.8、甘氨酸

甘氨酸可參與嘌呤核苷酸、谷胱甘肽和亞鐵血紅素等重要分子的合成和一碳基團(tuán)的代謝。另外，甘氨酸自身是一種有效的抗氧化劑，可清除自由基。這些生化途徑對(duì)免疫細(xì)胞增殖和抗氧化很重要。分子和藥理學(xué)研究表明，在巨噬細(xì)胞和粒性白細(xì)胞中存在甘氨酸門(mén)控的氯通道，這一通道的激活可抑制促效劑誘導(dǎo)的L型電位依賴(lài)性鈣通道的開(kāi)放，從而降低細(xì)胞內(nèi)Ca2+的濃度?？梢?jiàn)，甘氨酸可在調(diào)節(jié)免疫因子產(chǎn)生和免疫功能過(guò)程中起作用。

體外研究結(jié)果表明，細(xì)胞外甘氨酸濃度的增加可激活甘氨酸門(mén)控的氯通道，使巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞的質(zhì)膜超極化。在LPS刺激的巨噬細(xì)胞內(nèi)，0.1～1mmol／L的甘氨酸可減少Ca2+的內(nèi)流和細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的增加，從而阻止超氧化物、白細(xì)胞介素(interleukin，IL-1)和TNF-α的產(chǎn)生。另外，在培養(yǎng)液中補(bǔ)充甘氨酸可阻止淋巴細(xì)胞的凋亡，增加抗體產(chǎn)生。

體內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，甘氨酸可降低炎性反應(yīng)，減少動(dòng)物傳染性疾病的發(fā)生。甘氨酸可保護(hù)動(dòng)物免受黏肽多糖誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎，化學(xué)試劑和應(yīng)激誘導(dǎo)的胃腸道粘膜損傷，多器官局部缺血／再灌注損傷，出血、內(nèi)毒素和敗血癥引起的休克?？傊?，上述發(fā)現(xiàn)表明，甘氨酸是一種新型的抗炎、免疫調(diào)節(jié)和細(xì)胞保護(hù)營(yíng)養(yǎng)素。

5.9、組氨酸

血漿中含有高水平的富含組氨酸的糖蛋白，這種糖蛋白可調(diào)節(jié)很多生物學(xué)過(guò)程，包括細(xì)胞粘附和移行、補(bǔ)體激活、免疫復(fù)合物清除和對(duì)凋亡細(xì)胞的吞噬作用。組氨酸在免疫學(xué)上的一種重要的利用途徑是在組氨酸脫羧酶催化生成組織胺。組織胺可通過(guò)激活靶細(xì)胞上的不同組織胺受體調(diào)節(jié)各種生理和免疫功能。在骨髓和外周造血細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、嗜堿性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和樹(shù)狀突細(xì)胞上均表達(dá)組織胺4受體，提示這些免疫細(xì)胞可能在炎癥、造血過(guò)程和免疫功能中起作用。另外，組織胺可介導(dǎo)血小板凝集，通過(guò)降低IL-12、增加IL-10的產(chǎn)生提高Th2細(xì)胞的活性。

體外研究表明，在培養(yǎng)液中添加組氨酸可阻止淋巴細(xì)胞的凋亡、增加細(xì)胞生長(zhǎng)、促進(jìn)抗體產(chǎn)生。日糧組氨酸缺乏可降低血漿蛋白的濃度，從而抑制免疫反應(yīng)。上述發(fā)現(xiàn)提示，在日糧中補(bǔ)充組氨酸可能會(huì)提供一種提高機(jī)體免疫功能的新手段。

5.10、蘇氨酸

蘇氨酸是腸道黏蛋白和血漿γ-球蛋白的一種主要成分。在培養(yǎng)液中補(bǔ)充蘇氨酸，可通過(guò)蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞信號(hào)機(jī)制阻止淋巴細(xì)胞的細(xì)胞凋亡、刺激細(xì)胞生長(zhǎng)和促進(jìn)抗體產(chǎn)生。日糧補(bǔ)充蘇氨酸可增加豬血清中IgG的水平，增加大腸桿菌攻毒的新生仔豬抗體產(chǎn)生、血清中IgG 的水平、空腸黏膜中IgG和IgA的濃度，而降低空腸黏膜中IL-6的濃度，說(shuō)明日糧蘇氨酸對(duì)豬免疫功能具有調(diào)節(jié)作用[22]。

6 、結(jié)論

總之，氨基酸作為合成各種具有重要功能分子的必需前體物，調(diào)節(jié)著動(dòng)物的新陳代謝途徑，對(duì)維持動(dòng)物正常的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖都起著至關(guān)重要的作用。無(wú)論是必需氨基酸還是非必需氨基酸，對(duì)各種特殊蛋白質(zhì)的合成和免疫反應(yīng)關(guān)鍵代謝途徑的調(diào)節(jié)都是必需的。這些氨基酸通過(guò)蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞信號(hào)機(jī)制，對(duì)動(dòng)物免疫功能起著重要作用。在尋找有效策略以通過(guò)腸內(nèi)或腸外途徑補(bǔ)充氨基酸以達(dá)到最佳健康過(guò)程中，應(yīng)充分考慮氨基酸不平衡和營(yíng)養(yǎng)素拮抗作用的負(fù)面影響。這樣的策略應(yīng)建立在氨基酸生理生化知識(shí)，對(duì)免疫功能的作用、個(gè)體營(yíng)養(yǎng)和生理狀態(tài)影響等基礎(chǔ)上。隨著動(dòng)物飼料級(jí)氨基酸的商業(yè)供應(yīng)的增加，氨基酸將成為提高動(dòng)物健康和預(yù)防傳染性疾病的廉價(jià)、高效物質(zhì)。鑒于功能性氨基酸的重要調(diào)節(jié)作用，我們希望在常規(guī)飼料中添加功能性氨基酸以有效增強(qiáng)胎豬、新生仔豬和斷奶仔豬的免疫功能，提高其生長(zhǎng)速度和養(yǎng)分利用率，以及改善肉質(zhì)。

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Research Advances in Functional Amino Acid Nutrition of Pigs

KONG Xiang-Feng1 Y IN Yu-long1 WU Guo-yao2

(1．Key Laboratory of
Animal Nutritional Physiology and Metabolic Process and Key Laboratory of
Agro-ecology
Institute of Subtropical Agriculture，Chinese Academy of Sciences，Changsha
410125，China；2．Departments
of Animal Science，Texas A&M University，College Station，Texas 77843，USA)

Abstract：Much attention has been traditionally paid to the role of amino acids in protein synthesis and their requirements in
animal nutrition．Recently，there is growing interest in regulatory roles of amino acids in nutrient metabolism and immune
responses．They are called functional amino acids which are necessary not only to animal growth and maintenance requirement．but also to the synthesis of bioactive molecules．Remarkably，arginine can enhance conception rates，embryogenesis，blood flow ，antioxidant activity，protein synthesis，immune cell proliferation，and intestinal development，thereby improve
fertility，fetal and postnatal growth，and neonatal health．Therefore，large-scale availability of feed-grade functional amino
acids holds great promise for enhancing the efficiency of nutrient utilization in pigs．[Chinese Journal of Animal Nutrition， 2009，21(1)：1-7]

Key words：Functional amino acids；Metabolic regulation；Immune function。

luxichang

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