精氨酸的生理作用及其在动物生产中的应用

精氨酸(Arginine)，分子式为C6 H14 N4 O2。

分子质量为174.2，为白色晶体或晶体状粉末。

在自然界中有两种异构体存在：D-精氨酸(D-Arg)和L-精氨酸(L-Arg)，动物体内主要以L-精氨酸的形式存在。

Arg 在人医方面的研究较多，但是对于家禽的研究较少，早期的研究大多集中在1994年以前。

当前随着人们认识的深入，人们对L-Arg的研究主要集中在L—Arg提高免疫力，在感染、烧伤、手术、动脉粥样硬化及胎儿发育障碍等的治疗方面开展系列研究。

1 精氨酸来源与代谢动物机体精氨酸主要有三个来源：①来源于日粮；②机体蛋白质的分解；③机体内其他氨基酸(谷氨酸和瓜氨酸等)的转化[1]。

日粮中氨基酸是动物机体合成蛋白质的重要来源。

内源性合成的精氨酸主要来源于小肠和肾脏。

虽然精氨酸只是健康成年哺乳动物的条件性氨基酸，但对禽类而言，精氨酸却是必需氨基酸。

主要原因在于家禽机体缺乏如氨甲酰磷酸酶等关键酶，因而不能通过生化途径(如鸟氨酸循环途径)来合成精氨酸，因此只能由日粮来满足。

精氨酸是体蛋白的组成部分，可以由动物内源合成。

血浆瓜氨酸和线粒体内的鸟氨酸是其合成的前体，瓜氨酸在细胞液中合成精氨酸。

在提供瓜氨酸的情况下，家禽可在肾和巨噬细胞内合成精氨酸，但效率很低。

精氨酸体内代谢途径有：①通过精氨酸酶分解为尿素和鸟甘酸。

鸟甘酸是合成多胺类物质的前体，它们是调节细胞生长的重要物质，是细胞增殖的促进剂；②通过氧化途径，经一氧化氮合成酶(NOS)催化生成具有生物活性的一氧化氮(NO)。

NO是一种内皮舒张因子，有利于维持血管的通透性，改善肠道的缺血缺氧功能。

③精氨酸可以由甘氨酸转脒基酶分解为鸟氨酸和肌酐酸，由精氨酸分解酶降解为鸟氨酸和尿素。

精氨酸在相关酶作用下最终分别转化成腐胺、脯氨酸和谷氨酰胺，腐胺可以生成亚精胺和精胺，三者统称为多胺，谷氨酰胺可进入三羧酸循环，氧化供能产生CO2 。

④精氨酸在家禽体内通过鸟氨酸循环分解成氨后，合成嘌呤，然后降解为尿酸排出[2]。

精氨酸主要在畜禽的小肠中段吸收，但家禽小肠前段、后段、胃，甚至特定条件下嗦囊也可以吸收部分精氨酸[3]。

日粮中30 ～50 的氨基酸在小肠内被消化吸收。

日粮中大约4O 的精氨酸在小肠内直接被分解消化，其余进入机体循环。

2 精氨酸生理作用2.1 可特异性地减少体内腹部和肾周脂肪体内能量摄入和消耗的不平衡往往会导致脂肪的蓄积，引发肥胖，继而又常常诱发心血管和糖尿病等疾病的发生，近年来随着肥胖及其相关疾病的蔓延，控制肥胖已经成为全球范围内普遍关注的问题。

作为生物活性因子一氧化氮(NO)的前体，精氨酸在控制肥胖方面的效果及其机理研究最近取得了突破性的进展。

首先，以二型糖尿病模型大鼠(zdf大鼠)为研究对象，连续10周在饮用水中添加1.51%的L-精氨酸，可使大鼠在采食量、饮水量以及能量摄入量等方面没有明显差别的情况下，血清中精氨酸和一氧化氮的浓度分别提高61%和70% ；在4、7、10周时体重分别下降6%、10% 和16%。

进一步的分析发现，精氨酸处理特异性地减少了腹部和肾周脂肪，10周以后，腹部脂肪脂重量减少45%而肾周脂重量减少25%，但是身体其他部位的重量没有受到显著影响。

同时，在以食谱诱导的肥胖鼠为模型的研究中，饮用水中添加1.51%的L-精氨酸可以使腹膜后脂肪、肾周脂、皮下脂和肠系膜脂在饲喂12周后降低20%～40%。

而人脂肪细胞的研究表明，添加0.5 mmol／L和2 mmol／L 精氨酸可分别使脂肪降解增加24%和50%。

进一步的研究发现，精氨酸处理可通过激活ampk 通路而增强糖原和脂肪的降解、减少脂类和糖类物质的合成，减少脂肪细胞的大小、提高胰岛素敏感性而降低胞质中葡萄糖、甘油三酯和瘦素的浓度。

分子水平上的研究表明精氨酸作用的机理主要包括以下几个方面：①精氨酸产生的NO，可以刺激ampk的磷酸化，从而通过抑制乙酰COA羧化酶的活性和激活丙二酰COA脱羧酶的活性而降低丙二酰COA的含量，并且降低脂肪与糖原合成相关基因的表达；②NO增加了激素敏感脂酶的磷酸化，使其转位至中性脂肪粒，从而激活脂肪降解；③NO激活PPARy共激活子α1的表达，从而增加了线粒体的氧化磷酸化；④NO增加了胰岛素敏感组织的血流，从而增加了底物代谢。

可见，通过精氨酸和瓜氨酸添加来减少肥胖人群和动物体中的代谢紊乱综合症，减少不必要的脂肪沉积，将具有很好的应用前景。

2.2 可调控肿瘤细胞的生长肿瘤转移的过程是多因素共同作用的结果，肿瘤细胞脱离原发肿瘤组织，随淋巴管、血管或直接迁移至身体其他组织形成新的肿瘤转移灶，在此过程中，细胞间粘附分子和血管细胞粘附分子与恶性肿瘤的复发、转移密切相关。

同时，基质金属蛋白酶MMPs参与许多生理病理过程如炎症、组织纤维化、新血管形成和肿瘤的侵袭转移等，而基质金属蛋白酶组织抑制物(TIMPs)可以通过对MMPs的抑制在肿瘤的侵袭、转移和组织纤维化中发挥重要作用。

精氨酸作为NO合成的前体，可以抑制基质金属蛋白酶、抑制细胞黏附分子和提高基质金属蛋白酶组织抑制物的表达从而阻止细胞黏附；另外，一定浓度的精氨酸可通过增加NO的合成而发挥细胞毒性作用诱导凋亡、抑制肿瘤细胞增殖。

目前对精氨酸能否直接作为治疗肿瘤的药物还有争议，其原因可能与实验采用的精氨酸剂量及肿瘤的种类有关。

初步认为，精氨酸对免疫原性或肿瘤相关抗原阳性的肿瘤具有抑制作用，却可能刺激弱免疫原性肿瘤的生长如果能把握好使用的剂量和时机，既使机体得到营养支持，又不使肿瘤扩增，甚至能有效地抑制肿瘤的生长，那将给肿瘤的治疗带来积极的意义。

2.3 在心血管系统中的作用最新研究发现L-精氨酸／NO途径非常重要。

精氨酸和分子氧在NOS及其辅助因子的催化下生成NO。

NO在维持血管张力的恒定和调节血压的稳定性中起着重要作用。

在生理状态下，当血管受到血流冲击、灌注压突然升高时，NO可维持其器官血流量相对稳定，使血管具有自身调节作用；能够降低全身平均动脉血压，控制全身各种血管床的静息张力，增加局部血流，是血压的主要调节因子。

NO 在心血管系统中发挥作用的可能机制是通过提高细胞中鸟苷酸环化酶(GC)的活性，促进磷酸鸟苷环化产生环一磷酸鸟苷(cGMP)，使细胞内cGMP水平增高，继而激活依赖cGMP的蛋白激酶对心肌肌钙蛋白C磷酸化作用加强，肌钙蛋白C对Ca2+的亲合性下降，肌细胞膜上K+通道活性也下降，从而导致血管舒张。

焦鸿丽等报道表明L-Arg可以用于改善冠动脉舒张功能，阻止冠动脉痉挛。

NO有调节肺血管张力、抑制肺血管平滑肌增生和血管重构的作用，NO在抑制慢性缺氧性肺动脉高压发病过程中发挥重要的调节作用。

谭勋，刘艳娟等[4]研究表明，L-Arg／NO通过促进肺小动脉平滑肌细胞凋亡，在一定程度上抑制了肺血管重构的形成，揭示了L-Arg预防肉鸡肺动脉高压综合征(PHS)即肉鸡腹水综合征的作用机制。

2.4 在免疫系统中的作用精氨酸由于在尿素循环中的特殊位置，可以降低血氨浓度，减少机体细胞损伤。

精氨酸对动物疾病的作用大多通过NO途径，巨噬细胞通过精氨酸生成NO[5]。

当巨噬细胞被激活后，其释放的NO 可以通过抑制靶细胞线粒体中三羧酸循环、电子传递和细胞DNA合成等途径，发挥杀伤靶细胞的效应，保护机体。

NO对鲁斯氏肉瘤病毒、大肠杆菌、布氏锥虫、鼠弓形体、柏氏鼠疟原虫以及恶性疟原虫等寄生虫的杀伤或抑制作用都有报道。

精氨酸代谢具有平衡免疫反应的作用，对巨噬细胞和T细胞尤其重要[6]。

精氨酸通过两种机制参与全身炎症反应，Yeh等[7]以患败血症的小鼠为模型，研究精氨酸在疾病早期和晚期对炎症相关因子的产生以及细胞免疫反应的作用，结果发现精氨酸可降低损伤部位的炎症反应，减少炎症相关因子过度分泌对机体的损害。

同时Rodriguez等_8]研究称精氨酸能促进T细胞增殖，在大鼠饮水中补充2 的精氨酸具有免疫增强作用[9]。

2.5 在神经系统中的作用马秀玲等(2002)报道有关I，精氨酸／NO途径在中枢神经系统方面的研究认为，N0通过扩散，作用于相邻的周围神经元，如突出前神经末梢和星状胶质细胞，再激活GC提高cGMP水平而产生生理效应。

如NO可诱导与学习、记忆有关的长时程增强效应(LTP)，并在其LTP中起逆信使作用。

在外周神经系统也存在精氨酸／NO途径。

NO被认为是非胆碱能、非肾上腺素能神经的递质或介质，参与痛觉传人与感觉传递过程。

另据报道，NO在胃肠神经介导胃肠平滑肌松弛中起着重要的中介作用。

同时NO作为神经元递质，在泌尿生殖系统中起着重要作用，成为排尿节制等生理功能的调节物质，这为药物治疗泌尿生殖系统疾病提供了理论依据。

2.6 在内分泌方面的作用精氨酸可以刺激胰腺、肾上腺、丘脑等部位产生激素。

精氨酸对催乳素和生长激素的调节是很关键的。

动物通过生长激素和类胰岛素生长因子I轴(IGF-I)调节蛋白质和氨基酸代谢。

精氨酸刺激生长激素释放可由其直接作用或通过其代谢物起作用。

精氨酸在脑中可代谢成鸟氨酸，进而生成谷氨酸，这两种氨基酸均可促进生长激素释放。

另外NOS存在于下丘脑和垂体区域中，NO对生长激素释放有促进作用。

精氨酸可刺激人和其它哺乳动物包括牛、羊和猪的胰岛素释放。

3 精氨酸在畜牧业中的应用3.1 在动物繁殖中的应用精氨酸在提高奶牛产雌率的研究有很多报道。

王光辉等[10]报道精氨酸处理的奶牛年产母率平均为63.8%，比对照组提高15.8 %，差异极显著(P<0.01)。

从初步研究结果看，精氨酸确实能提高母牛的产母率。

范星根等采用不同浓度精氨酸，不同处理时间方法对441头奶牛进行处理，显著提高母牛产雌犊的比率。

李永海等[11]报道精氨酸对受胎率有显著作用。

机理可能是精氨酸对性染色体上的睾丸决定因子有作用而引起。

3.2 在动物生产性能方面的作用精氨酸缺乏影响动物的生产性能[12]。

在大鼠及仔猪试验中均表明，精氨酸的添加能增加日增重[13]。

对30日龄雄性幼鼠分别饲喂含0%，0.3% 和1.0%的L-精氨酸纯化饲粮，结果饲粮精氨酸含量为0%和0.3 %组大鼠体重(分别为135.6 g和165.4 g)低于1.0 %精氨酸组(214.7 g)( P<0.05)。

用人工奶饲喂7日龄仔猪的研究表明，添加0.2 %和0.4 %的精氨酸仔猪平均日增重分别增加28% 和66%，体重分别增加15%和32% (P<0.05)。

王纪亭等[14-15]报导日粮不同赖／精比例对肉鸡的采食量、日增重、饲料转化率等生产性能及氮沉积都有显著影响。

在日粮中添加一定量的精氨酸可促进仔猪生长发育，提高生产性能。

Leibholz等[16]以人工饲喂的方式，饲喂断奶后3-4天的仔猪，在奶粉中添加0.2% 和0.4%的精氨酸，结果表明，仔猪体重分别提高43%和93%。