N-氨甲酰谷氨酸在豬生產中的研究進展

周 苗，范馨尹，康 萌

（湖南農業大學動物科學技術學院，湖南 長沙 410128）

N-氨甲酰谷氨酸（N-carbamylglutamate,NCG）是N-乙酰谷氨酸（N-acetylglutamate, NAG）的結構類似物，分子式為C6H10N2O5，分子量為190.15，結構如圖1[1]。在動物體內NCG可以替代NAG誘導內源性精氨酸合成鏈中第一限速酶（氨基甲酰磷酸合酶-1）產生活性，從而促進精氨酸的內源合成，并且具有半衰期較長、代謝穩定、安全性高、來源充足、成本較低及與其他氨基酸無拮抗作用等優點[2-3]。大量研究表明，NCG具有促進動物生長發育[4]、提高雌性動物產仔數及胎兒發育[5]、改善胃腸道健康[6]、增強免疫力和抗病力[7]等作用，并已于2014年被我國農業農村部批準為新型畜禽飼用添加劑，具備良好的應用推廣前景。本文旨在對NCG的主要生理功能及其在豬生產中的研究結果進行總結歸納，并對其潛在的可能機制進行探討，以期為NCG進一步研究及推廣應用提供理論基礎。

圖1 氨基甲酰谷氨酸的化學結構

1 NCG的生理功能

1.1 抗氧化

動物機體易被多種因素誘導產生過量自由基，自由基超過動物自身清除能力，就會引起動物產生一系列病理反應，降低生產性能，甚至危及生命[8]。通過衡量總抗氧化能力（T-AOC）及過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSHPx）、超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）水平等指標可以反映機體氧化還原平衡狀態。馬巍等[9]在夏寒雜交公羊飼糧中添加0.12% NCG后，結果顯示其血清MDA含量顯著降低（P＜0.05），表明NCG能夠提高機體脂質過氧化系統抗氧化能力。研究發現，NO能夠促進機體清除超氧化物、羥基自由基及過氧化氫[10]，而NCG可以顯著提高產蛋后期京紅1號商品蛋雞血漿、盲腸、十二指腸的NO含量，增強血漿一氧化氮合成酶（NOS）活力及T-SOD的活力（P＜0.05）[11]。趙相洋等[12]發現，NCG能提高荷斯坦雌性奶牛血清T-AOC、GSH-Px水平，降低MDA含量（P＜0.05），并且在一定劑量范圍內呈劑量依賴關系，表明NCG可以有效提高奶牛抗氧化能力。此外，NCG能顯著提高哺乳仔兔血清T-AOC、斷奶仔兔血清SOD、GSH-Px[13]及肝臟T-SOD 活力[14]（P＜0.05）。綜上，NCG可以通過提高機體多種組織的抗氧化酶水平及活性，降低脂質過氧化代謝產物MDA水平，并促進內源性精氨酸合成及其下游產物NO的生成，從而增強動物機體的抗氧化能力。

1.2 增強免疫能力

動物正常免疫器官指數及機體免疫球蛋白水平在一定范圍內越高，在一定程度上表明其免疫能力越強。馮玉祥[2]使用NCG灌服昆明小鼠14 d后發現，小鼠胸腺指數和脾臟指數、血清干擾素（IFN-γ）、免疫球蛋白-G（IgG）及小腸黏膜分泌型免疫球蛋白A（sIgA）水平得到顯著提高（P＜0.05），表明NCG可以增強小鼠免疫功能。王慶爭[15]發現，NCG可以顯著提高伊拉幼兔血清白介素-2（IL-2）及空腸和回腸IL-2 基因的表達（P＜0.05）。黃雅莉等[16]發現，NCG能增強三黃雞免疫能力，提高其血清IgA、IgG、IgM水平。此外，有研究表明NCG可以增強仔豬對大腸桿菌的耐受能力，提高感染藍耳病的經產母豬的免疫能力，改善機體IgG、IgM及藍耳病病毒抗體水平，降低藍耳病病毒對母豬繁殖能力的影響[17-18]。

1.3 改善胃腸道健康

胃腸道是動物重要的消化及免疫器官，其健康狀況尤為重要。吳曉峰[19]發現，NCG可以提高荷斯坦奶牛瘤胃乙酸、丙酸和丁酸及總揮發性脂肪酸濃度，并降低氨態氮含量，提高微生物蛋白含量（P＜0.05），表明NCG可以改善瘤胃發酵，與任利圓的試驗結果基本一致[20]。此外，孫雪麗等[21]發現NCG能降低甲烷球菌屬、甲烷絲狀菌屬等產甲烷古菌屬的豐度，顯著降低甲烷排放量（P＜0.05）。腸道絨毛高度（VH）、隱窩深度（CD）及其比值（V/C）等形態結構參數是衡量腸道狀況的重要指標，有研究發現，NCG可以維持氧化應激狀態下小鼠腸道的VH、CD及絨毛面積[22]。王慶爭發現，NCG對肉兔腸道形態也有改善作用，能提高小腸VH和V/C、降低CD，同時增強空、回腸屏障蛋白Occludin、ZO-1的表達（P＜0.05）；在菌群調節方面，NCG可以增加肉兔盲腸菌群多樣性，提高有益菌厚壁菌門菌群豐度，降低擬桿菌門、疣微菌門豐度。Zhang等[23]發現，NCG可以促進宮內發育遲緩乳羔羊十二指腸絨毛杯狀細胞增殖，提高VH和V/C，并降低回腸壞死率（P＜0.05）。總之，NCG可以維護腸道形態結構完整性及促進絨毛發育，同時還能調控胃腸道微生物區系，提高有益菌含量。

1.4 提高繁殖性能

大量研究表明，NCG能夠促進胎兒發育、提高動物生殖效率[5]。Ma等[24]發現，1% NCG可以上調卵巢血管生成和細胞增殖相關基因的表達，下調凋亡相關基因的表達，提高血漿氨基酸和NO水平，促進卵巢血管生成，從而加快卵泡生長發育。Feng等[25]發現，NCG可能直接影響豬的卵泡功能，而且對不同階段卵泡效果不同，NCG能抑制直徑大于5 mm卵泡的顆粒細胞自身和促卵泡素（FSH）誘導的黃體酮（P4）和雌二醇（E2）產生，但可以促進細胞增殖；降低經胰島素樣生長因子-1（IGF1）加FSH處理的卵泡（直徑小于5 mm）顆粒細胞合成P4，而不影響E2生成及細胞增殖。飼喂NCG可以增加子宮中精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸的水平，可以在胚胎著床期間增強信號轉導和刺激轉錄激活因子3、蛋白激酶B和70-kDa核糖體蛋白S6激酶的表達，增加產仔數[26]。NCG對胎盤功能的影響可能源于對胎盤滋養層的直接影響，研究發現NCG能抑制胎盤滋養層中CYP1A1、CYP19A1和CASP3的表達，提高CCDN1和CDK4的表達，減少胎盤滋養層孕酮、雄烯二酮、睪酮和E2的產生，促進胎盤滋養層細胞增殖，從而調節胎盤功能[27]。Sun等[28]發現，NCG通過調節胚胎組織中氨基酸的濃度和胎兒生長激素軸相關蛋白的基因表達，提高胎兒胰島素、IGF1、氨基酸及乳酸鹽水平，改善了胎兒內分泌的代謝穩態、增強了胎兒對氨基酸等營養物質的利用，從而提高胎兒均勻度。Zhang等[29]發現，給母羊補充NCG可顯著改善營養受限母羊母體和胎兒血漿以及胎兒尿囊液和羊水中氨基酸和多胺的濃度，增加了胚胎中氨基酸的可獲得性，降低了宮內發育不良羔羊的發生率。此外，母體補充NCG能顯著提高子代初生重[30]。NCG改善母體繁殖性能主要是通過調控相關基因表達控制GnRH合成和釋放控制下游激素水平，促進相關組織細胞增殖發育，同時增加胚胎氨基酸等營養物質攝取等途徑發揮作用[31]。

2 NCG在豬生產中的應用

2.1 種豬

種豬生產力是生豬生產的基礎，近年研究表明，NCG對種豬繁殖性能有積極作用。Zhu等[32]發現，頭胎母豬妊娠前期補充NCG后，上調整合素-av、整合素-b3、內皮型一氧化氮合酶（eNOS）3種與胚胎著床和發育密切相關的蛋白質表達，能顯著增加妊娠14 d和28 d胚胎著床數和胚胎存活數，顯著降低胚胎死亡率（P＜0.05）。Zhang等[33]也發現頭胎母豬妊娠期一直使用NCG可以提高產活仔數和窩均初生重（P＜0.05），可能與上調絨毛尿囊膜eNOS、血管內皮生長因子A（VEGF-A）、胎盤生長因子和血管生成素-2基因表達有關。在經產母豬妊娠后期及泌乳期補充NCG可以改善母豬血漿部分氨基酸濃度、提高窩產總仔數和活仔數、仔豬初生重，降低死胎率和弱仔率（P＜0.05）[34]；改善母豬泌乳量、增加母豬血清白蛋白、IgM和IgG水平，增加哺乳仔豬日增重、斷奶窩重及個體重（P＜0.05）[35]，與劉星達等[36]在早年的試驗結果類似。在公豬方面，補充NCG可以縮短射精反應時間、提高射精持續時間、增加射精量（P＜0.05），同時提高精子活率及精漿總蛋白和精液T-AOC、GSH-Px、SOD含量，降低畸形精子比例（P＜0.05），表明NCG可以提高公豬繁殖性能，這可能與公豬血清FSH、LH及睪酮含量升高有關[37-38]。

2.2 仔豬

功能性添加劑是提高仔豬培育成功率的重要措施之一，NCG也有利于仔豬健康。給幼齡哺乳仔豬灌服NCG，可以提高仔豬日增重、血清瓜氨酸和精氨酸水平，上調小腸氨甲酰磷酸合酶1表達，促進內源性精氨酸和背最長肌、腓腸肌等肌肉蛋白質合成[39]；提高心臟、肝臟、脾臟、腎臟、胃的相對重量，促進臟器發育[40]。在斷奶仔豬飼糧中補充NCG可以促進蛋白質和磷的消化吸收，利于內源性精氨酸合成，提高日增重、日采食量，降低料重比，同時改善腹瀉狀況，提高生長性能[41-42]。NCG對仔豬促生長作用可能與上調仔豬腸道SNAT2、質子耦合氨基酸轉運蛋白1、鈣感應受體、磷脂酶Cβ2和味覺受體1家族成員3等氨基酸轉運載體相關mRNA的表達有關，進而激活機體相關氨基酸等營養物質感應及吸收通路，提高部分氨基酸的利用[43]。此外NCG可以促進斷奶仔豬小腸生長，提高十二指腸、空腸和回腸VH和黏膜厚度，促進杯狀細胞增殖，可能是通過上調與上皮細胞增殖有關基因表達，如VEGF和β-連環蛋白[44-45]。NCG還能調節腸道菌群結構，提高有益菌數量，促進仔豬腸道健康[46]。

2.3 生長肥育豬

研究表明，NCG可以提高肥育豬日增重和低蛋白質飼糧表觀消化率[47]，同時血清精氨酸、蛋氨酸、絲氨酸、組氨酸、谷氨酰胺及甲狀腺素、生長激素、胰島素、類胰島素生長因子2水平得到提高，E2和皮質醇水平降低[48-49]，孔祥書等[50]使用不同水平NCG飼喂杜長大生長肥育豬發現，NCG可以顯著提高日增重，降低料重比，改善飼料報酬，提高經濟效益，以0.1%添加量最具性價比（P＜0.05），預估每年能幫助十萬頭豬場提高500余萬元經濟效益。NCG還能降低背膘厚度、增加眼肌面積，改善胴體品質。隨著國民生活水平的提高，豬肉品質及營養越來越被重視。趙元等[51]發現，NCG可以提高肥育豬肌肉肌內脂肪含量、大理石花紋評分，降低背最長肌滴水損失。Ye等[52]報道使用NCG可以生產富含亮氨酸的功能性豬肉，并改善豬肉不飽和脂肪酸（PUFA）成分種類。湖南農業大學張彬團隊發現，NCG可以減少寧鄉豬背側皮下脂肪沉積，降低背最長肌剪切力，改善豬肉嫩度，同時改善豬肉脂肪及脂肪酸沉積，提高背最長肌油酸、α-亞麻酸、泡桐酸及腎周脂肪中硬脂酸含量，降低花生四烯酸和PUFA含量，提升寧鄉豬豬肉品質[53]。

3 小結與展望

利用NCG作為內源性精氨酸合成的外源前體物質，有效緩解了精氨酸直接添加成本過高的問題，并且具有添加劑量小、作用時間長、代謝穩定、生豬生產全程使用作用明顯等優點，在提高種豬繁殖性能、維護豬群健康、促進生長發育、改善豬肉品質等方面功效良好，是一種極具推廣應用價值的新型飼料添加劑。但NCG在生產工藝、作用機理及應用推廣范圍等方面還需要不斷優化，以推動NCG進一步研究及應用推廣。