精氨酸對動物的營養調節及免疫作用

徐偉風，吳春宇

（1.南京市畜牧家禽科學研究所，江蘇 南京 210000；2.南京農業大學，江蘇 南京 210000）

精氨酸（Arginine,Arg）最初是在1886年由德國科學家從植物羽扁豆幼苗中分離提取出來并命名的。1995年，Hedin在哺乳動物的蛋白質中也發現了精氨酸的存在。傳統上把左旋精氨酸（L-arginine,LArg）定義為非必需氨基酸，但L-精氨酸是維持幼年動物最佳生長和氮平衡的必需氨基酸。Geng等[1]研究報道，精氨酸是新生哺乳仔豬的必需氨基酸。正常情況下大部分成年哺乳動物可以自身合成氨基酸，但不足以滿足機體需要，特別是在饑餓、創傷及快速生長狀態下。因此，精氨酸又被認為是條件性必需氨基酸[2]。由于精氨酸具有重要的生理、代謝和營養作用，幾乎機體中所有組織均利用L-精氨酸合成胞漿蛋白和核蛋白，精氨酸在促進肌肉蛋白質合成、細胞分裂、傷口復原和激素分泌、增強機體的免疫力等各種生理過程中，也扮演著重要的角色[3]，因此精氨酸作為一種免疫調節劑而成為動物營養研究的熱點。

1 精氨酸的理化性質

精氨酸，分子式為：C6H14N4O2，結構式為NH2-C（=NH）-NH-CH2-CH2-CH2-CH（NH2）-COOH，相對分子質量為174.2，熔點為244°C，為白色晶體或晶體狀粉末，無嗅，味苦，易溶于水，溶于水后溶液呈強堿性，極微溶于乙醇，不溶于乙醚，加熱至105°C時失去結晶水。L-精氨酸，化學名稱2-氨基-5-胍基戊酸，屬于堿性氨基酸，易與酸反應生成鹽，在生理pH條件下等電點為10.76，解離常數PK1（-COOH）=2.17，PK2（-NH4+）=9.04，PKR（胍基）=12.48。精氨酸在自然條件中有兩種異構體存在：D-精氨酸和L-精氨酸，動物體內主要以L-精氨酸的形式存在。在動物機體內有營養、代謝及免疫生理功能的也是L-精氨酸。

2 精氨酸的代謝

精氨酸是體內蛋白氮重要的載體、一種條件性必需氨基酸，哺乳動物體內許多細胞，如腸細胞、上皮細胞、巨噬細胞等，均可經一氧化氮合酶、精氨酸酶生成一氧化氮、脯氨酸等活性分子來脫氨基生成具有生物活性的一氧化氮。一氧化氮是一種重要的內源性活性因子[4]，可參與并促進皮膚組織創傷恢復的整個過程，其作用表現在誘導成纖維細胞、上皮細胞、內皮細胞和角質細胞的增殖與分化、增進血管生成、參與基質的沉積和重塑、調節創傷愈合炎癥反應中各種細胞因子的活性等[5]。在維持血管緊張，減少胃腸道黏膜的損傷，糖尿病大鼠肝臟保護及減少氧化應激[6]中起到一定的作用。在機體內，L-精氨酸是內生性一氧化氮的唯一前體[7]，能使機體一氧化氮濃度增加。精氨酸是一種重要的免疫調節劑，可通過促進胰島素、生長激素、泌乳素和類胰島素生長因子等內分泌激素的分泌而介導對機體免疫功能的調節[8]。飼糧添加精氨酸能增強各種免疫應激模型、健康嚙齒動物、燒傷動物、患致死性細菌性腹膜炎動物及小腸損傷動物的免疫功能[9-10]，精氨酸在動物體內通過肌醇和甘油磷酸膽堿發揮作用，增強機體蛋白質的合成和沉積以及脂肪的降解，能增加機體內氮儲留、發揮調節作用，提高機體的免疫狀態[11]。

3 精氨酸的營養生理功能

精氨酸是體內合成一氧化氮和多胺等諸多重要生物活性因子的必需前體物，從而調控生長、繁殖以及健康[12]。

3.1 對動物生長性能的影響

方勇軍等[13]研究發現，當精氨酸添加水平達1.12%時，櫻桃谷肉鴨增重效果最好。覃麟等[14]研究表明，斷奶（54±2）d以內的腹瀉仔豬飼糧精氨酸含量以1.4%為宜，能提高腹瀉仔豬的生長性能。Zhan等[15]研究表明，健康的斷奶仔豬飼糧精氨酸含量為1.52%時，可減少仔豬的腹瀉頻率和腹瀉率。潘杰等[16]報道，21日齡斷奶仔豬基礎飼糧中添加精氨酸1%可以提高仔豬的生長性能。楊慧等[17]研究發現，在斷奶仔豬基礎飼糧中添加1%的精氨酸能夠顯著提高仔豬的平均日采食量和平均日增重，顯著降低料重比。吳信等[18]在21 d斷奶仔豬的飼糧中添加L-精氨酸6 g/kg飼喂7 d后，均可顯著提高其日增重。在妊娠期和泌乳期母豬飼糧中補充1%的精氨酸鹽酸鹽，對初產母豬泌乳性能有潛在的有益影響[19]。Mateo等報道在飼糧中添加1%的精氨酸鹽酸鹽可以增加泌乳母豬的產奶量和哺乳仔豬的體增重[19]。Kim等[20]在7～21 d仔豬飼糧中添加0.2%和0.4%精氨酸，平均日增重分別增加28%和66%，體重分別顯著增加15%和32%。由此可見，動物飼糧中添加適宜的精氨酸能夠有效提高平均日采食量和平均日增重，降低料重比，改善動物的生長性能。

3.2 對動物腸道發育的影響

精氨酸除了是蛋白質的基石外，也是合成許多生物活性因子包括一氧化氮、鳥氨酸、多胺（腐胺、亞精胺、精胺）、肌酸和胍丁胺的前體[21]。研究顯示精氨酸可通過生產多胺來增加胃腸黏膜細胞膜K通道的表達，進一步通過復雜網絡促進纖維增殖及細胞遷移定植，促進細胞增殖，加速蛋白質合成，在胃腸黏膜生長、發育、成熟、修復等環節起到關鍵作用[22]。孟國權等[23]試驗結果表明，0.5%精氨酸有效地增加了十二指腸、回腸黏膜中二胺氧化酶活性，這說明精氨酸對腸道屏障功能具有一定的保護作用。與本試驗結果相一致，黃晶晶等[24]報道，0.5%精氨酸有效地緩解了脂多糖導致的十二指腸黏膜中二胺氧化酶活性下降。鮑倩玲等[25]研究發現，在全腸外營養液中添加2%精氨酸顯著緩解了因全腸外營養導致的回腸黏膜中二胺氧化酶活性下降。劉怡晟等[26]研究發現，與標準全胃腸外營養組相比，精氨酸強化的全胃腸外營養組幼兔血漿D-乳酸顯著降低。孟國權等[23]研究結果還表明，0.5%精氨酸顯著降低了脂多糖導致的十二指腸黏膜中內皮素-1含量的上升，這可能是精氨酸緩解了脂多糖導致腸道屏障功能受損的原因之一。與本試驗結果相似，張國鋒等[27]報道，大鼠腹腔注射200 mg/kg體重的精氨酸顯著地緩解了脂多糖導致的血漿、胃黏膜中內皮素-1含量的升高。郭長義等[28]研究泌乳母豬飼糧精氨酸對哺乳仔豬小腸黏膜發育的影響及抗氧化機理，結果發現添加精氨酸可以改善腸道黏膜的發育（如黏膜絨毛高度和隱窩深度），同時還可提高黏膜乳糖酶、堿性磷酸酶和谷胱甘肽酶的活性，降低了超氧化物歧化酶的活性，通過改善抗氧化能力促進哺乳仔豬腸道的發育。因此，飼糧中添加精氨酸可以緩解仔豬腹瀉，適宜水平的精氨酸能夠改善腸道形態的發育。

3.3 對動物繁殖性能的影響

精氨酸和它的代謝產物在繁殖，包括增強胚胎和胎兒存活上具有重要的作用[29]。曾祥芳等[12]試驗結果表明，妊娠早期飼糧添加精氨酸可促進大鼠早期胚胎著床，提高早期胚胎存活率，從而顯著增加初產大鼠的窩產仔數和窩重。王光輝等[30]向母牛子宮頸內注入5%精氨酸，兩年產母犢比率平均63.8%，比對照組提高15.8%。劉星達等[31]向飼糧中添加0.8%精氨酸發現母豬日均泌乳量、仔豬斷奶窩重和斷奶均重得到顯著性的提高。楊慧等[32-33]研究發現，在妊娠母豬（從配種到分娩）飼糧中添加不同水平精氨酸可以提高窩產活仔豬數和初生窩重，添加不同水平的精氨酸對妊娠后期母豬血液的生化指標影響明顯，可提高泌乳母豬血清中部分氨基酸濃度，改善泌乳母豬的新陳代謝和免疫機能，在提高仔豬生長性能的同時，也縮短了母豬斷奶后的發情周期。此外，Mateo等[34]研究發現，給妊娠30～114 d的母豬補充1%L-精氨酸鹽酸鹽，妊娠期間母豬的體重和背膘厚組間沒有差異；在妊娠第90和110天，血漿尿素濃度試驗組極顯著低于對照組；與對照組相比，添加1%精氨酸顯著提高了產活仔數22%，初生重顯著提高24%，添加精氨酸組幾乎每頭母豬可以增加產出2頭小豬。在妊娠14～28 d補充精氨酸可以顯著提高胎豬的成活率[35]。

4 精氨酸對動物機體免疫調節的影響

精氨酸對免疫的調節功能主要是通過精氨酸酶和一氧化氮途徑實現。精氨酸可改善動物營養狀況，增加胸腺質量和胸腺淋巴數，同時促進植物凝集素、刀豆蛋白等有絲分裂原的產生，顯著提高T淋巴細胞對有絲分裂的反應性，從而刺激T淋巴細胞的增殖[36]；增強巨噬細胞的吞噬能力和自然殺傷細胞對腫瘤靶細胞溶解作用；增加脾臟單核細胞對白細胞介素-2（IL-2）的分泌以及IL-2受體的活性；增強T細胞介導的Ⅳ型超敏反應來降低前列腺素的水平，進一步促進IL-2合成，最終產生以提高T淋巴細胞介導的直接或間接反應的免疫調節的強大作用。吉雁鴻等[37]在飲水中適量補充L-精氨酸可以對熱應激損傷小鼠的免疫功能起到保護作用，補充1.5 mg/g體重精氨酸能夠最大限度減少熱應激對小鼠免疫功能的損傷。Buentello等[38]報道，飼糧中添加4%的高精氨酸水平能夠顯著提高斑點叉尾鮰的紅細胞比容、白細胞數目和嗜異細胞數目等免疫指標。廖英杰等[39]試驗中顯示，隨著精氨酸添加水平的升高，紅細胞和白細胞數目顯著升高，血紅蛋白含量也顯著增加，說明精氨酸通過提高紅細胞數目來增加機體免疫力。Lieboldt等[40]報道表明，精氨酸對仔雞淋巴器官發育起重要作用，與對照組相比，飼糧中缺乏精氨酸組仔雞的胸腺和脾臟成熟相對遲緩。Konashi等[41]發現，飼糧中補充精氨酸會使肉仔雞各項免疫指標顯著增加。師昆景等[42]試驗結果表明，胚蛋注射L-精氨酸可以在一定程度上提高肉仔雞法式囊和脾臟的重量及指數，其中處理組的法氏囊重與對照組相比提高了27.27%。Szabó等研究報道，飼糧中添加精氨酸能夠提高胸腺的重量[43]。在研究精氨酸對傷口治療的影響時發現，大白鼠和小鼠背部受傷后精氨酸提高了胸腺重量。給動物補充精氨酸后胸腺增重是由于促進了動物胸腺細胞構成和胸腺細胞的排出，提高了對促分列素的轉化，而且精氨酸促胸腺的作用起動迅速[44]。柏美娟等[45]試驗結果表明：肥育豬飼糧中添加1%精氨酸可顯著增加單核細胞數和百分比、淋巴細胞百分比和增殖活性及血清IgG和IL-2水平，顯著降低中性粒細胞數和百分比及血清TNF-α（腫瘤壞死因子-α）水平；明顯增加脾臟IL-2和IFN-γ（γ干擾素）表達水平，降低TNF-α表達水平，通過調節細胞和體液免疫水平，從而增強機體免疫功能。

5 小結

精氨酸族氨基酸是動物體內一系列具有重要生理意義的分子合成所必需的前體，而且又能調控動物健康、生長、發育、繁殖和體內平衡等代謝通路。精氨酸通過多種機制：MTOR信號、抗氧化防御、胎盤生長（包括血管生長）和子宮-胎盤血流量，激素分泌，神經因子的傳遞等來提高動物的各項生理過程。精氨酸一般是精氨酸族氨基酸的原型，其功能明確，可廣泛地應用于養豬生產中，具有極大的市場前景，但是精氨酸的價格昂貴，限制了其在實踐中的應用。因此，尋求一種價格低廉、無毒害的精氨酸替代物是亟待解決的問題。