新生仔猪精氨酸营养及调控研究进展

新生仔猪精氨酸营养及调控研究进展1何子双1，印遇龙2，胡元亮11南京农业大学动物医学院，南京（210095）2中国科学院亚热带农业生态研究所，长沙（410125）E-mail：hezishuang@摘要：精氨酸是新生仔猪的必需氨基酸，具有许多重要的生理生化功能。

7～21日龄哺乳仔猪精氨酸不足和极限下生长的主要原因是母猪乳汁精氨酸浓度低及仔猪小肠上皮细胞内源性合成的精氨酸/瓜氨酸减少。

小肠上皮细胞线粒体N-乙酰谷氨酸水平下降是仔猪内源性精氨酸/瓜氨酸合成减少的潜在机理。

N-氨基甲酰谷氨酸和皮质醇在调控新生仔猪内源性精氨酸/瓜氨酸合成方面具有重要作用。

关键词：仔猪；精氨酸；营养；调控精氨酸是幼龄哺乳动物（包括仔猪）的必需氨基酸[1]、组织蛋白中最丰富的氮载体及细胞合成肌酸、脯氨酸、谷氨酸、多胺和一氧化氮等的前体；可用于多种代谢途径，包括精氨酸酶、一氧化氮合酶、精氨酸/甘氨酸胍基转移酶、精氨酰-tRNA合成酶等[2]。

新生仔猪生长迅速，代谢功能旺盛，对精氨酸的需求特别高，而精氨酸不足是影响仔猪快速生长的主要因素。

1.新生仔猪精氨酸营养研究进展新生仔猪是指出生后到断奶期的哺乳仔猪。

美国NRC（national research council）指出3～5 kg仔猪的精氨酸需要量总计为1.5 g/day[3]。

虽然传统的观点认为，母猪乳汁可以提供适当的氨基酸以促进仔猪的生长，但是，近年来的研究表明，哺乳仔猪实际上为极限下生长（Sub-maximal growth）。

人工喂养的资料表明，新生仔猪的生物学生长潜力≥400g/d（出生至21日龄），或者说要高于哺乳期生长（230g/d）的74%[4]。

哺乳仔猪极限下生长的代谢依据还不明了，有学者认为，精氨酸不足是主要因素[2]。

1.1 新生仔猪精氨酸不足新生仔猪精氨酸不足指的是其体内精氨酸供给不足，不能保持仔猪最快生长和最佳代谢功能的需要。

推测其原因可能是多方面的，包括日粮精氨酸供给不足、肠道精氨酸/瓜氨酸合成减少、精氨酸合成酶遗传缺陷、肠道精氨酸输送障碍、肠道精氨酸酶基因过度表达、肾脏转化瓜氨酸为精氨酸的功能障碍等。

以前的研究主要集中在母猪乳汁精氨酸不足和仔猪内源性精氨酸合成减少两个方面。

1.1.1 母猪乳汁精氨酸不足根据母猪乳汁和仔猪的氨基酸模式、乳汁精氨酸供给量与估计的仔猪需要量之间的差异证明了母猪乳汁精氨酸不足。

精氨酸/赖氨酸质量比在母猪乳汁（哺乳第7 d）和7日龄仔猪体内平均值分别为0.35和0.97，说明有一定数量的精氨酸由仔猪体内合成。

根据仔猪精氨酸摄入量和精氨酸存积和代谢量计算结果表明，母猪乳汁供给1周龄仔猪的精氨酸≤需要量的40%。

因此，体内合成的精氨酸对哺乳仔猪具有重要意义[5~7]。

对婴儿、新生小鼠的研究结果与此一致[8, 9]。

1.1.2 仔猪内源性精氨酸合成减少仔猪小肠上皮细胞合成精氨酸/瓜氨酸，称为内源性精氨酸/瓜氨酸合成。

1～7日龄以精氨酸、7日龄后以瓜氨酸为主。

肠源瓜氨酸主要在肾脏被转1本课题得到国家自然科学基金（编号：30528006）的资助。

化为精氨酸[10]。

脯氨酸（母猪乳汁丰富的氨基酸）和谷氨酰胺/谷氨酸是仔猪小肠上皮细胞合成精氨酸/瓜氨酸的前体，而以脯氨酸为主。

同时，外源精氨酸对内源性精氨酸/瓜氨酸合成具有调节作用[11]。

值得注意的是，7日龄哺乳仔猪小肠合成的精氨酸/瓜氨酸和比新生仔猪减少了70%左右，在14～21日龄更进一步下降。

其原因可能是细胞5-羧基-吡咯啉合成酶（pyrroline-5-carboxylate synthase，P5CS）和N-乙酰谷氨酸合成酶（N-acetylglutamate synthase，NAGS）的活性降低[2]。

3～14日龄仔猪血浆精氨酸、鸟氨酸和瓜氨酸浓度逐渐下降20%～41%。

7～14日龄血浆氨浓度比1～3日龄高18%～46%，亚硝酸盐和硝酸盐浓度低16%～29%，肝脏尿素生成减少。

血浆精氨酸浓度下降和氨浓度上升是确定仔猪精氨酸不足的敏感指标，提示7～21日龄哺乳仔猪精氨酸不足。

血浆亚硝酸盐和硝酸盐浓度降低反映了机体合成一氧化氮减少[12]。

1.1.3 精氨酸不足为仔猪生长的限制性因素在精氨酸不足的幼龄大鼠，极限下生长和一氧化氮合成减少已经被证实[13]。

而哺乳仔猪大约在8日龄表现出精氨酸不足及极限下生长。

Leibholz、Kim等报道日粮添加精氨酸促进了仔猪的生长，同时提高了血浆鸟氨酸和瓜氨酸水平，证明精氨酸增加了内源性瓜氨酸合成[14, 15]。

精氨酸促进仔猪生长的可能机理包括：①增加了精氨酸利用率，有利于组织合成蛋白质；②刺激了血管内皮细胞、内分泌细胞及其他细胞的一氧化氮合成；③促进了一氧化氮介导的胰岛素和生长激素分泌；④改善了组织对胰岛素的敏感性；⑤增加了多种组织多胺的合成。

2.仔猪精氨酸营养调控研究进展在目前的养猪业，仔猪通常由母猪哺乳直到约21日龄断奶。

把仔猪提前到4～7日龄断奶应用高精氨酸日粮有许多困难。

根据哺乳仔猪内源性精氨酸合成不足的观点和精氨酸促进仔猪生长的巨大潜力，找到能够改善断奶前仔猪精氨酸营养的有效手段就显得非常重要。

2.1 补充外源性精氨酸/瓜氨酸通过母猪日粮或仔猪直接口服精氨酸/瓜氨酸存在的问题是母猪乳腺对精氨酸的分解和仔猪小肠氨基酸的拮抗作用。

母猪哺乳期1～21 d的常规日粮中补充0.4%精氨酸，乳汁中总精氨酸含量没有变化。

哺乳仔猪口服精氨酸（145 mg/kg体重，1日2次），提高了血浆精氨酸浓度，但是降低了赖氨酸和组氨酸浓度。

哺乳仔猪口服瓜氨酸121 mg/kg体重，每日2次，提高了血浆精氨酸浓度但是降低了血浆色氨酸、组氨酸和赖氨酸浓度，提示小肠对这些氨基酸的吸收受到了影响。

体外试验也证明了瓜氨酸降低仔猪小肠上皮细胞对色氨酸、组氨酸和赖氨酸的转运[2, 16]。

2.2 内源性精氨酸/瓜氨酸合成的调节2.2.1 NAG在调控内源性精氨酸合成的作用NAGS只分布于肝脏和小肠黏膜细胞线粒体内，其功能是催化谷氨酸和乙酰辅酶A合成N-乙酰谷氨酸（N-acetylglutamate，NAG）。

NAG 是氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ（carbamoylphosphate synthase-Ⅰ，CPS-Ⅰ）的变构催化剂，而CPS-Ⅰ催化合成的氨基甲酰磷酸（carbamoylphosphate，CP）为线粒体转化鸟氨酸为瓜氨酸所必需。

NAG可能在调节哺乳仔猪小肠精氨酸/瓜氨酸合成中起着关键作用。

与新生仔猪相比，7～14日龄仔猪小肠上皮细胞线粒体中NAG浓度降低，与此时小肠合成精氨酸/瓜氨酸减少一致。

有研究表明，小肠上皮细胞线粒体NAG浓度下降由NAGS活性显著降低所致[2]。

在2～21日龄仔猪，小肠CPS-Ⅰ的蛋白含量相似。

提示低水平的NAG可能导致了CPS-Ⅰ活性降低，这可能是仔猪内源性精氨酸合成减少的潜在机理。

提高细胞线粒体NAG水平，可能促进小肠瓜氨酸合成，从而增加内源精氨酸供给。

2.2.2 利用NCG调控小肠上皮细胞合成精氨酸/瓜氨酸哺乳动物的细胞浆内分解NAG的活性很高，因此不能利用外源NAG增加线粒体内NAG浓度。

N-氨基甲酰谷氨酸（N-carbomoylglutamate，NCG，NAG的类似物）在胞浆不被分解，容易进入线粒体发挥其效应，因此为稳定的CPS-Ⅰ催化剂。

根据对大鼠的研究，NCG对动物没有毒性，并被用于防治遗传性NAGS缺陷婴儿的高氨血症[2]。

体内和体外试验证明，NCG促进了14日龄仔猪小肠上皮细胞瓜氨酸和精氨酸合成。

在小肠上皮细胞培养液添加2 mmol/L NCG分别增加了由谷氨酰胺和脯氨酸合成的瓜氨酸7.7和0.6倍，也显著增加了合成精氨酸的产量。

4日龄哺乳仔猪灌服NCG 50 mg/kg体重，每日2次，直到14日龄，增加了血浆精氨酸浓度68%，提高了仔猪增重61%。

表明NCG催化了小肠瓜氨酸和精氨酸合成。

更重要的是，NCG对血浆色氨酸、赖氨酸和组氨酸浓度没有影响，说明不影响小肠对这些氨基酸的吸收[2]。

Frank 等对9日龄哺乳仔猪灌服NCG 50 mg/kg体重，每日2次，直到17日龄，提高了仔猪增重25%及血浆精氨酸浓度32%，并有一定的促进蛋白质合成效应[17]。

2.2.3 糖皮质激素在调控内源性精氨酸合成的作用糖皮质激素是由肾上腺分泌，具有多种生理效应的类固醇激素。

氢化可的松（皮质醇）是其主要活性成分。

研究表明，围产期猪胎儿血液氢化可的松浓度升高与内源性精氨酸合成功能有密切关系。

如谷胺酰胺酶、脯氨酸氧化酶、鸟氨酸氨基转移酶、CPS-Ⅰ、鸟氨酸氨基甲酰基转移酶活性在90 d猪胎儿小肠上皮细胞的活性比初生仔猪低35%～50%，P5CS、精氨酰琥珀酸合成酶、精氨酰琥珀酸裂合酶在90 d猪胎儿极低，初生仔猪较高。

所以内源性精氨酸合成在90 d猪胎儿极少，只有到出生时才达到较高水平[18]。

氢化可的松（生理范围内）浓度升高，对新生大鼠肝脏尿素循环的相关酶及仔猪小肠上皮细胞P5CS、ASS、ASL和断奶仔猪P5CS、ASL的表达都有促进作用[19~22]。

而3-21日龄仔猪体内氢化可的松浓度下降[23, 24]与内源性精氨酸/瓜氨酸合成减少趋势一致。

Tsai等利用地塞米松增加了新生早产婴儿血液瓜氨酸和精氨酸的浓度[25]。

Wu 等发现氢化可的松生理浓度升高，提高了仔猪小肠上皮细胞鸟氨酸脱羧酶活性，增强了新生仔猪小肠上皮细胞多胺合成，促进了小肠的发育[26]。

更重要的是，皮质醇（生理范围内）浓度升高没有引起胎儿和新生儿的小肠精氨酸酶表达，提示其可以增加体内精氨酸供给[27]；但是在强应激的仔猪，过高的皮质醇可以诱导精氨酸酶的表达，从而导致血液精氨酸浓度降低[2]。

3.小结与展望综上所述，母猪乳汁精氨酸不足、仔猪内源性精氨酸合成减少是新生仔猪精氨酸不足和极限下生长的主要原因；而小肠上皮细胞线粒体NAG水平降低可能是仔猪内源性精氨酸合成减少的潜在机理。

增加精氨酸供给具有促进仔猪生长的极大潜力。

利用NCG催化小肠瓜氨酸和精氨酸合成，提供了一种新的增加哺乳仔猪精氨酸供给手段。

同时，尽管皮质醇对仔猪生长和内源性精氨酸合成有促进作用，但是过量外源皮质醇的应用可能干扰其内分泌平衡和精氨酸酶的表达。

以后的研究应继续探讨仔猪小肠精氨酸合成相关酶差异表达、活性调控的机理，寻找新的、更安全、简便的方法以促进新生仔猪内源性精氨酸合成，这对阐明精氨酸营养调控机理和提高养猪生产率有重要的理论和现实意义。

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N-carbamylglutamate and cortisol play an important role in regulating the endogenous arginine and citrulline synthesis in neonatal piglets. Keywords: piglet; arginine; nutrition; regulation作者简介：何子双，男，1965年生，博士研究生，主要研究方向是中药药理及仔猪营养调控。