功能性氨基酸對生長豬的重要性

孫芳芳，齊軍偉，歐 濤

（1.新鄭市畜牧技術服務中心，河南新鄭 451100； 2.河南省衛輝市農業農村局（畜牧局），河南衛輝 453100）

在實際生產過程中我們經常發現豬場內部和豬場之間的生產性能差異很大，其中豬的健康狀況是造成這種差異的因素之一。由于許多疾病都由多種因素導致的，因此應考慮飼養策略以支持動物最佳的生長性能和健康狀況。為此，需要確定機體健康對豬的營養和代謝狀態的影響，以便更好地調整飼養計劃。在應激和炎癥時，對豬采食、消化、吸收和代謝功能有較大影響的日糧營養素中，氨基酸在動物代謝中起著關鍵作用，它是調整日糧的良好選擇。生產上由于衛生條件或應激的挑戰可能會導致豬體內平衡狀態偏離，這些因素也會影響氨基酸和蛋白質參與各種生物過程。如出欄體重較輕的豬與保育期和生長育肥期血漿中必需和非必需氨基酸濃度低有關（He 等，2016）。Kampman-van de Hoek 等（2016）研究發現，日糧蘇氨酸和色氨酸缺乏會導致豬生長受到抑制，因為骨骼肌和免疫系統會競爭這兩種氨基酸。雖然Capozzalo 等（2017）報道豬在較次環境條件下對氨基酸需要的報告，但關于日糧氨基酸需求的潛在來源信息較少，作者認為這些潛在來源包括合成不同蛋白質的氨基酸需求，以及用于組織生長和健康尤其是小腸和骨骼肌的需要，這些知識需要進一步挖掘，以便為豬的生長提高精準營養方案。

1 炎癥對氨基酸攝入、消化、吸收和代謝的影響

Pastorelli 等（2012）分析量化了不同健康狀況對豬生長和采食量的影響，與健康豬生長性能相比，健康調整負面影響生長速度和飼料攝入量。動物營養學家應根據實際農場條件和健康因素來調整日糧配方結構。一方面，許多與炎癥有關的蛋白質可能在體內合成，其中分泌到腸道腔內的蛋白質與炎癥有很大關系，因為其中一些既不能被消化也不能回收，它們的氨基酸對于宿主來說肯定是損失的，應在日糧中充分補充。這意味著當營養學家應考慮調整配方結構。另一方面，當生長限制主要來自于飼料攝入量減少時，能量供應對生長的限制可能比單一營養物質更大。因此，飼料成分的調整不一定有利于恢復動物的健康和生長。但提供具體的氨基酸參與飼料采食量的調控可能有助于改善動物的健康狀況，這一觀點在Trevisi 等（2015）的研究中得到了證實，其發現日糧添加1 g/kg 蘇氨酸可以提高感染大腸桿菌K88豬的采食量。

炎癥降低了體內氮的沉積，并增加了尿氮流失，這些變化的原因與飼料攝入量減少、營養物質消化，吸收功能受損，機體蛋白質分解代謝增強，氨基酸氧化增加，并由炎癥細胞因子和激素調節有關。蛋白質合成速率在骨骼肌中降低，但在肝臟和其他組織中增加，這些組織參與炎癥急性期防御和免疫蛋白的生成（Oled 等，2002）。因此，由于合成蛋白質的氨基酸組成不同，炎癥改變了骨骼肌與其他器官或細胞類型，如肝臟、脾臟、消化道和免疫細胞之間氨基酸的分配。消化道紊亂會導致消化酶和黏膜蛋白損失，使內源性氨基酸損失增加，對某些氨基酸，如精氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、脯氨酸可顯著升高（Adeola 等，2016）。在感染豬繁殖和呼吸綜合征病毒的豬骨骼肌中，肌生成抑制素（一種負調控蛋白增生的蛋白）的表達增加，這表明感染可能會降低肌肉蛋白的合成（Escobar 等，2004）。炎癥急性期蛋白在感染恢復或炎癥后免疫系統的細胞穩態方面發揮重要作用，因此，急性期蛋白合成的增加可能需要肌肉蛋白的分解來供應氨基酸，更具體地說是蘇氨酸和苯丙氨酸，因為這些氨基酸在急性期蛋白中的分布不同于肌肉蛋白，同樣免疫球蛋白的合成需要大量蘇氨酸。

2 氨基酸與腸黏膜物理屏障

腸道是一個復雜的器官，上皮細胞和分泌細胞與免疫細胞密切相關，這個復雜的細胞網絡包括分泌肽、蛋白質和其他防御，都有助于腸道免疫防御入侵的病原體及消化和吸收營養。腸黏膜上皮是腸內壁的單層細胞，主要由腸上皮細胞和腸上皮細胞之間緊密連接組成，通過這一細胞旁通路調控，防止病原體通過，而緊密連接結構由膜蛋白如封閉蛋白家族成員和ZO-1、ZO-2 和ZO-3蛋白組成（Arrieta 等，2006）。應激（如斷奶）引起的腸黏膜屏障失調，以及病原微生物的侵襲和免疫挑戰，因此，早期斷奶的豬通常會出現黏膜屏障功能受損，引起腹瀉，因為空腸跨上皮電阻降低和細胞旁通透性升高高達40%（Wang 等，2015）。蘇氨酸是合成黏膜糖蛋白的主要底物，在維持腸道屏障完整性方面具有重要作用。因此，在炎癥過程中，包括斷奶后應激綜合征可以通過日糧補充氨基酸，改善腸道黏膜屏障功能。日糧中的氨基酸通過多種機制刺激腸道細胞增殖，在具有應激的條件下口服精氨酸可以激活腸道組織中的mTOR 信號通路，此外，谷氨酰胺也可以激活mTOR 通路，上調鳥氨酸脫羧酶的表達，增加多胺的產生，從而刺激蛋白質合成，抑制腸上皮細胞的蛋白質分解（Wu 等，2013）。谷氨酰胺是嘌呤和嘧啶核苷酸合成的前體，嘌呤和嘧啶核苷酸對DNA 合成和細胞增殖至關重要，谷氨酰胺增強有絲分裂原激活蛋白激酶基因的表達，從而激活基因轉錄，促進腸上皮細胞增殖，同時谷氨酰胺代謝還提供ATP 支持腸道離子運輸、細胞生長和遷移，從而維持腸道完整性（Wu 等，2013）。

含硫氨基酸代謝產物主要是谷胱甘肽、同型半胱氨酸和牛磺酸。谷胱甘肽由半胱氨酸、甘氨酸和谷氨酸合成，可以提高細胞增殖率。氨基酸除了改善腸道形態和細胞增殖外，對物理腸道屏障也有有益作用。如精氨酸是合成重要化合物的必要前體，包括一氧化氮、多胺和肌酸。精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、甘氨酸、含硫氨基酸和蘇氨酸可以用于多種炎癥過程的營養管理。

3 氨基酸與防御蛋白、抗氧化的關系

IgA 和IgM 蛋白中蘇氨酸氨基酸含量很高。在健康豬中注射牛血清白蛋白或豬瘟疫苗可以提高血清免疫球蛋白濃度、增加采食量（Mao 等，2014）。日糧添加蘇氨酸后，飼料中蘇氨酸含量從8.5 g/kg 增加到9.0 g/kg，導致易感染大腸桿菌K88 豬IgM 分泌量增加，而非易感豬則沒有這種情況（Trevisi 等，2015）。從氨基酸組成可以預測出幾種影響豬防御和抗菌蛋白或多肽合成的第一限制性氨基酸。絲氨酸是合成再生胰島源蛋白的主要氨基酸，該蛋白是一種C 型凝集素，以革蘭氏陽性菌為目標，腸道感染期間在豬小腸中大量生成（Soler 等，2015）。絲氨酸被歸類為一種非必需的營養氨基酸，但它是一碳代謝的主要代謝源。葡萄糖合成途徑起重要作用的氨基酸是谷氨酸，而谷氨酸代謝又受絲氨酸需求的影響，絲氨酸供應不足會導致甘氨酸合成受損，導致其他氨基酸營養失衡（Wu 等，2013）。另一個重要的抗菌蛋白是溶菌酶，其營養需求研究數據較少，含有很高的亮氨酸比例。總的來說，關注氨基酸組成和可能限制防御蛋白生成的氨基酸將推動旨在滿足氨基酸需求的研究，以維持動物在次優飼養條件下的生長。此外，這些蛋白可以作為血液、唾液、糞便或其他組織樣本中的潛在生物標志物，用于評估不同飼養策略下豬的腸道健康和功能。

氧化應激是內源性活性氧產生與抗氧化防御之間失衡的結果，其中內源性活性氧是細胞呼吸過程中在線粒體內產生，是細胞氧代謝的正常產物。此外，活性氧的產生是一些免疫細胞（如巨噬細胞）發揮細胞毒性作用的機制。因此，炎癥過程中活性氧的產生和先天免疫反應的激活是一種防御機制，當抗氧化防御被擊潰時可產生氧化應激（Li 等，2007）。谷胱甘肽是機體最強大的內源性抗氧化成分之一，出生后的豬肝臟和腸道似乎是谷胱甘肽合成的兩個主要部位。日糧補充谷氨酸、甘氨酸（構成谷胱甘肽的兩個氨基酸）、精氨酸和天冬氨酸可以降低細胞氧化應激（Duan 等，2016）。在整個動物機體中除了具有直接的抗氧化作用外，這些氨基酸在免疫細胞和腸道細胞中具有關鍵的代謝作用，其作用也可能導致氧化應激的降低（Wu 等，2013）。

4 氨基酸參與的重要代謝途徑

4.1 精氨酸- 一氧化氮代謝途徑 母乳中富含谷氨酰胺、谷氨酸、脯氨酸，隨著泌乳時間的延長，乳中游離谷氨酰胺的濃度逐漸增加，游離的以及和肽結合的谷氨酰胺、谷氨酸占氨基酸總量的20%。相比之下，母豬泌乳期間精氨酸的濃度明顯低于谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸，因此，母豬乳汁最多只能提供仔豬代謝所需40%的精氨酸（Wu等，2013）。精氨酸的從頭合成與谷氨酰胺在0 ～7日齡豬腸細胞中轉化為精氨酸一致，這些合成途徑需要的所有底物包括氨、碳酸氫鹽、谷氨酸、天冬氨酸和ATPH，都是由谷氨酰胺分解代謝產生的（Wu 和Morris，1998）。由于豬小腸不吸收動脈血脯氨酸，從乳和斷奶后日糧中獲得的脯氨酸對補償日糧中的精氨酸缺乏至關重要。

精氨酸可以合成一氧化氮，是一種主要的血管舒張因子。最近的研究結果表明，在常規飼料中添加精氨酸可以提高豬在妊娠期、哺乳期、斷奶期和生長期的生產性能（Wu，2014）。NRC 認為精氨酸是一種條件性必需氨基酸，NRC（2012）在標準化回腸消化率的基礎上推薦了生產各個階段豬飼料中精氨酸的需求，從早期妊娠母豬0.17 g/kg 到哺乳期0.68 g/kg。精氨酸具有多種作用：保護機體免受氧化應激和炎癥，激活腸道組織中的mTOR 信號通路，調節腸道炎癥反應，減輕絨毛萎縮。在21-28 日齡的斷奶仔豬中，以玉米- 豆粕為基礎的日糧中添加0.6% 精氨酸，使小腸重量增加89 g，日增重提高42 g/d，日糧添加精氨酸也增加了引發脾臟表達和腫瘤壞死因子α 激活先天免疫指標及IgM 的濃度，以防剛斷奶仔豬發生感染（Wu 等，2010）。在妊娠第14 ～28 天添加1%的精氨酸可使母豬在妊娠第70 天每胎胎數增加3.7，并促進胎兒肌肉發育（Berard 和Bee，2010）。值得注意的是，妊娠母豬補充精氨酸可提高一氧化氮和B 淋巴細胞衍生抗體的產生，從而預防因豬痢疾病原體短螺旋體引起的腸道感染的發病率和死亡率（Li 等，2007）。綜上所述，豬日糧中需要考慮精氨酸攝入量，以改善豬的健康、生長、存活率、泌乳和繁殖能力，由于目前為了降低養殖場氮排放而采用的低蛋白日糧不能滿足精氨酸或其合成前體的需求，因此考慮日糧補充精氨酸這一點尤其值得注意。

4.2 色氨酸和犬尿氨酸途徑 色氨酸是犬尿氨酸合成的前體，它是一個復雜代謝途徑的第一個代謝物，最終形成喹諾酸、煙酸和煙酰胺喹啉和黃嘌呤酸，將色氨酸轉化為犬尿氨酸需要兩種酶，第一種酶是色氨酸2，3- 雙加氧酶，位于肝臟中，負責過量色氨酸的降解；第二種酶是吲哚胺2，3-雙加氧酶，存在于巨噬細胞和樹突狀細胞等眾多免疫細胞中。雙加氧酶的激活和色氨酸分解代謝的增加被認為是調節妊娠和疾病期間免疫系統的機制（Munn 和Mellor，2013）。雙加氧酶的激活也被認為與一些炎癥性疾病發生的長期免疫激活有關。當色氨酸水平低于營養需要水平時，炎癥對血漿色氨酸濃度和組織雙加氧酶活性的影響更大；此外，與炎癥反應相關的氧化應激機制也降低了斷奶仔豬血漿色氨酸水平，增加了血漿犬尿氨酸含量（Lv 等，2012）。

炎癥引起的色氨酸代謝的劇烈變化與氨基酸在炎癥狀態下的功能作用有關。與色氨酸中度缺乏的豬相比，實驗誘導肺部炎癥的豬與色氨酸輕度過量的豬相比，其急性期蛋白濃度較低，且肺損傷較輕；同時，飼喂高色氨酸水平日糧的豬雙加氧酶活性也較低，說明添加色氨酸可減輕炎癥（Kim 等，2010）。

5 結論

環境、社會和經濟原因證明在動物生產中需要更高的飼料效率和更具體的氮素利用效率，提高豬的蛋白質利用率和預防腸道疾病的一項策略是降低日糧粗蛋白質水平，同時適當補充合成氨基酸。降低日糧中粗蛋白質含量可以減少氮的攝入量，并可能避免氨基酸過量，從而防止過量的代謝負荷。除減少使用飼料抗生素，低蛋白日糧還可以提供一個補充氨基酸的手段，這也有助于限制與炎癥狀態相關的代謝紊亂。氨基酸不僅是蛋白質合成前體，也是合成具有重要生理和調節功能的生物活性肽和低分子量代謝物的前體。眾所周知，豬飼料必須含有必需氨基酸，但為保證豬的最佳腸道健康和功能、生長速度及飼料效率，適當提供傳統分類的非必需氨基酸如精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸和甘氨酸也至關重要。