精氨酸的抗熱應激作用及在母豬上的應用

計成 白秀梅

種母豬的繁殖效率決定一個豬場的產品質量和經濟效益，而母豬繁殖效率受到多種因素的影響，高溫熱應激被認為是一個引起母豬生產力變化的重要環境因素。精氨酸在機體內發揮著多重營養生理效應，研究精氨酸對熱應激條件下母豬生產性能的影響，深入闡明其作用機理，對于養豬生產具有重要意義。

1 高溫熱應激對母豬的影響

應激是機體對內部或外界的各種異常刺激所產生的非特異性應答反應的總和，是動物對機體內外刺激或挑戰的反應。熱應激是指處于極端高溫環境中的動物對熱環境的舒適區上限溫度所致的反應。豬屬恒溫動物,存在一個等熱區,在這個范圍內,豬借助于物理調節維持正常體溫,一旦超過這個范圍,就需通過產熱和散熱來維持正常的體溫。當環境溫度超過等熱區中的舒適區上限值時,即出現熱應激。豬皮下脂肪厚,汗腺不發達,體內熱能散發較慢,不善于通過皮膚蒸發散熱來調節體溫,因此豬很不耐熱。

夏季高溫是影響母豬繁殖機能的主要因素之一，在我國大部分地區，夏季炎熱高溫給養豬業造成的損失十分嚴重。據報道，在高溫環境下降低了母豬采食量和產奶量，最終降低了仔豬的生長率(Quiniou等，1999；Quiniou等，2000；Renaudeau等,2001)。

母豬的繁殖力受到許多生理過程的調控,高溫應激對機體的損傷也是多方面的。在高溫條件下，電解質代謝紊亂，血糖、蛋白質、酶活力發生改變。母豬處于熱應激下還會改變其內分泌功能。Maloyan等(2002)指出，豬受熱應激的刺激，激活了下丘腦—垂體—腎上腺軸，引起下丘腦促腎上腺皮質激素釋放激素的分泌增強，釋放到垂體門脈系統，從而促進垂體分泌促腎上腺皮質激素（ACTH）。ACTH分泌的增加，抑制了垂體前葉分泌促性腺激素FSH和LH，LH分泌減少的必然結果是卵泡發育受阻及抑制排卵，也會使雌激素的分泌下降，并抑制黃體生成和孕酮分泌，在生產中引起母豬各種繁殖障礙。另外，ACTH水平升高，也間接影響了卵巢機能，可誘發卵巢囊腫、性機能減退、使繁殖受阻。另外，高溫使母豬血漿甲狀腺素分泌減少，以抑制體內的代謝功能,減少產熱,維持機體在高溫時產熱與散熱平衡（Prunier等，1997）。

高溫導致的熱應激同時會造成組織細胞損傷。熱應激誘導體內產生大量的自由基，產生各種有害的影響(Mitchell等，1983)，導致細胞代謝和生物功能紊亂，例如脂肪酸氧化和蛋白合成功能受阻等(Jiang等,2008)。研究表明，機體內自由基可以改變細胞膜的功能，進而引發多種生物體疾病(盧大用等，1999)。在正常的生命過程中，自由基為維持生命所必需，動物體內本身存在氧化和抗氧化兩大系統，正常生理狀態下，兩者處于動態平衡。當畜禽處于高溫熱應激狀態時，細胞生理代謝功能紊亂，導致抗氧化系統功能下降，同時生成大量的自由基(Mitchell等,1983)，此時過量的自由基數量超過抗氧化體系的還原能力，機體處于氧化應激狀態(Sies,1997)。所以高溫環境可造成動物氧化應激損傷。

2 精氨酸的研究進展

2.1 精氨酸的生化和生理學特性

精氨酸是堿性氨基酸,在生物體內以具有生理活性的L-精氨酸形式發揮生物學功能。它不僅是動物體蛋白合成的必需氨基酸，同時也是多種生物活性物質的合成前體，如多胺和NO等。精氨酸是合成NO的唯一底物，精氨酸—NO途徑在動物體內發揮著重要的作用。在正常情況下，成年動物對精氨酸的需求可以通過內源性合成得到滿足，但在應激條件下，內源精氨酸不能滿足機體的需求。因此，精氨酸被認為是條件性必需氨基酸（孔祥峰等，2009）。

2.2 精氨酸的內源合成

精氨酸的內源合成有兩條途徑，一是精氨酸可在谷氨酰胺酶、吡咯酸－5－羧酸合成酶、脯氨酸氧化酶、鳥氨酸轉氨酶、鳥氨酸轉乙酰酶、精氨酰琥珀酸合成酶和精氨酸琥珀酸分解酶的催化下，由谷氨酰胺(Gln)和脯氨酸(Pro)合成。另外，線粒體內的鳥氨酸和血漿瓜氨酸也是合成精氨酸的前體，瓜氨酸進一步在細胞液中合成精氨酸。對哺乳動物而言，內源精氨酸的合成涉及小腸—腎代謝軸，瓜氨酸由腸道內的谷氨酸和谷氨酰胺合成，小腸釋放的瓜氨酸約83%運至腎臟，在細胞液精氨酰琥珀酸合成酶和精氨酰琥珀酸裂解酶的催化下合成為精氨酸（Wu等，2007）。

2.3 精氨酸的代謝途徑

研究表明，L-精氨酸代謝在體內有3條途徑，一是精氨酸在一氧化氮合酶（NOS）催化下代謝產生NO,并生成瓜氨酸；二是在精氨酸分解酶作用下，精氨酸生成鳥氨酸和尿素，也可通過甘氨酸轉脒基酶催化分解為鳥氨酸和肌酐酸；三是由鳥氨酸生成多胺，多胺是腐胺、亞精胺和精胺的統稱,對于調控細胞生長和發育具有重要作用。精氨酸降解主要在小腸完成。

2.4 精氨酸及其代謝產物對機體的作用

2.4.1 精氨酸的NO途徑在心血管系統中的作用

研究發現，L-精氨酸—NO途徑非常重要。NO是一種很強的舒張血管物質（Radomski等，1991），在維持血管張力的恒定和調節血壓的穩定性中起著重要作用。L-精氨酸是NO生成的前體，補充L-精氨酸促進NO的生成，可促進血管擴張和血管生成；相反，L-精氨酸缺乏可導致NO生成減少，進而影響血管的生成與發育。研究表明，NO在心血管系統中發揮作用主要通過激活細胞中鳥苷酸環化酶(GC),使環一磷酸鳥苷(cGMP)的濃度增加來完成血管舒張等各種生理功能（肖麗波等，2009）。

2.4.2 精氨酸的NO途徑及對免疫的調節作用

精氨酸影響免疫功能的途徑很多，但主要是通過精氨酸—NO途徑和對內分泌激素的調節實現的。在調節機體免疫、腸黏膜功能保護等方面起重要作用。精氨酸還可以促進免疫球蛋白產生，有效增強體液免疫。精氨酸是合成NO的唯一底物，在NOS催化下合成NO。NO是一種重要的免疫調節因子，其對免疫系統的調節作用主要包括(李霞等，1996)：①調節T淋巴細胞增生和抗體應答反應，抑制肥大細胞的反應性；②調節T細胞和巨噬細胞分泌細胞因子；③促進天然殺傷細胞的活性，激活外周血液中的單核細胞；④介導巨噬細胞的細胞凋亡。另外，NO可以舒張胃腸平滑肌、調節胃腸黏膜血流量，從而保持黏膜完整，維持胃腸黏膜屏障功能；還可以抑制白細胞向損傷部位移動，同時降低腸黏膜通透性，從而減輕了對腸黏膜的損傷。研究表明，日糧中補充精氨酸能增強妊娠母豬和新生仔豬的免疫力，從而降低了仔豬的發病率和死亡率（Jobgen等，2006）。

2.4.3 精氨酸在內分泌方面的作用

精氨酸可以刺激機體分泌生長激素和胰島素。精氨酸代謝生成鳥氨酸，進而生成谷氨酸，這兩種氨基酸均可促進機體釋放生長激素；另外，精氨酸在NOS催化下合成的NO也可以促進生長激素釋放。精氨酸還可以刺激人和其它哺乳動物包括豬、牛和羊釋放胰島素。生長激素和胰島素對糖和蛋白質在機體組織中的代謝起重要作用。

2.4.4 精氨酸在抗氧化應激中的作用

L-精氨酸是機體的自由基清除劑（姜楨等，2000）,NO由NOS催化L-精氨酸和分子氧反應生成,是一種新型的細胞信息分子,具有擴張血管、抑制血小板聚集、抑制細胞增殖、抑制脂質過氧化及糖基化終末產物形成等作用（Xiong等，1994）。一般而言,NO在小劑量情況下發揮有益的生理作用,大劑量情況下常有致病或使病情惡化的作用（岳旭等，2002），并且適量的NO可清除氧自由基（Beligni等，2002;Wink等,2001）。近年來，大量研究了L-精氨酸在防治大鼠自由基損傷中的應用，給大鼠補充L-精氨酸能提高抗氧化酶活性，降低丙二醛（MDA）的含量，降低氧化應激對大鼠的損傷（Huang等，2009；Lin等，2008），提高機體抗氧化能力。補充L-精氨酸可以促進其產物NO的生成，同時提高了組織中超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）的活性，降低MDA含量，表明通過精氨酸補充NO可以顯著降低大鼠的氧化應激。L-精氨酸在體內的抗氧化應激作用主要通過L-精氨酸—NO途徑來實現（雷康福等，2005；Trisha，2006；Assumpcao等，2008）。

3 精氨酸在母豬營養中的應用

3.1 精氨酸與NO和多胺對胎盤和胎兒生長發育的影響

母豬妊娠30～40 d是子宮發育的關鍵時期，因此，其發育情況直接影響到妊娠期胎兒的生長和發育。研究表明，妊娠期子宮的發育不僅與母豬營養狀況有關，還與體內NO和多胺的合成利用有很大關系。NO是內皮細胞產生的一種主要的舒張血管因子，具有強烈的血管擴張作用，在改善胎盤對胎兒血液、營養物質和氧氣的供應方面起著非常重要的作用（Bird等，2003）。多胺可調控DNA和蛋白質的合成，最終調控細胞生長和發育（Flynn等，2002）。許多研究表明，NO和多胺是使血管數量增加、胚胎發育及胎兒胎盤生長的重要調控因子（Reynolds等，2001）。精氨酸是NOS及鳥氨酸脫羧酶的共同底物，可分別產生NO和多胺（Wu等，1998）。因此精氨酸可能是影響胎兒生長發育的限制性氨基酸。研究發現，母豬妊娠40 d左右，其尿囊液中的精氨酸以及鳥氨酸含量都特別高，NO和多胺合成酶的活性及其濃度也達到了最大（Wu等，2005）。母豬營養不良或營養過剩，都會影響母豬體內精氨酸的含量，同時也減少了胎盤NO和多胺的合成（Wu等，1998）。

3.2 哺乳仔豬內源精氨酸不能滿足其最佳生長的需要

精氨酸不足不僅會影響胎兒的生長發育，還會影響初生仔豬的生長。精氨酸是哺乳仔豬的必需氨基酸，母乳精氨酸供給不足是限制新生仔豬最大生長的一個重要因素（Wu等，2000）。人工飼喂仔豬的試驗數據表明，仔豬出生后的生長潛能至少是400 g/d(從出生到21日齡),而哺乳仔豬僅為230 g/d。7日齡哺乳仔豬與新生仔豬相比，小腸中精氨酸和瓜氨酸的合成量減少了70%～73%，在14～21 d時進一步減少。因此，哺乳期間仔豬內源精氨酸合成逐步減少。Flynn等（2000）研究表明，哺乳仔豬7～12 d血漿中的NO濃度也在逐漸下降，血氨濃度逐漸升高。給7～21 d的哺乳仔豬飼喂添加有0.2%和0.4%的精氨酸日糧，結果表明，精氨酸日糧提高了仔豬血漿精氨酸濃度，降低了血氨濃度，仔豬體增重分別提高28%和66%（Kim等，2004）。

3.3 精氨酸對母豬繁殖性能的影響

國內外文獻報道，精氨酸對母豬營養生理的影響主要集中在提高母豬繁殖性能上。Laspiur等（2001）研究了熱應激環境條件下日糧中添加精氨酸對經產母豬泌乳期生產性能的影響。結果表明，日糧中添加1.34%精氨酸可以提高母豬的飼料利用率，但對哺乳仔豬生產性能的影響不顯著。Ramaekers等（2006）在初產和經產母豬妊娠的14～28 d，日糧中添加25 g/d的精氨酸，增加了平均窩產仔數（分別增加了1.25頭/窩和1.18頭/窩）以及窩產活仔數（分別增加了1.08頭/窩和0.93頭/窩）。此外，Mateo等（2007）研究了在初產母豬妊娠30～114 d日糧中添加精氨酸對初產母豬繁殖性能的影響，結果表明，日糧中添加精氨酸提高了血漿精氨酸、鳥氨酸和脯氨酸的水平，同時提高了初產母豬窩產活仔數以及窩重。Mateo等（2008）報道，給泌乳母豬補充精氨酸提高了仔豬的生長性能。以上研究結果表明，在母豬日糧中補充精氨酸可提高母豬產仔數，同時也提高了仔豬的生長性能。

總之，研究高溫、熱應激環境下營養素對機體損傷的保護作用是當前特殊營養研究的發展方向，單個氨基酸的作用受到越來越多國內外學者的關注。我們在熟悉、了解高溫熱應激對母豬生理機能和生產性能的影響、精氨酸在體內的代謝途徑的情況后，進一步掌握精氨酸的抗氧化應激作用，為生產實踐起到指導作用。母豬雖然可以內源合成精氨酸，但在應激條件下是不足的，適當增加此階段母豬日糧中的精氨酸供給，是改善母豬繁殖性能的重要措施。

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