γ-氨基丁酸的生物学功能及其在畜牧生产中的应用

陈黎龙 江青艳 肖世平

γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,GABA）又名4-氨基丁酸、γ-氨酪酸,是一种重要的功能性非蛋白质氨基酸，于1950年从哺乳动物脑提取液中被首次发现，广泛分布于动物、植物和微生物中[1]。GABA是动物中枢神经系统内最主要的抑制性神经递质，其生理作用十分广泛，具有镇静，抗惊厥，调节食欲，改善肝脏、肾脏功能，调节激素分泌，降血压，抗衰老等多种生理活性，目前GABA已经被广泛地应用于人的医药和保健食品工业中[2-5]。近年来，随着GABA合成制备技术的进步以及生产成本的下降，GABA因其特殊的生理调节作用，已越来越受到关注并广泛应用于畜禽养殖业和饲料工业中。

1 GABA的结构和理化特性

GABA分子式为C4H9NO2，相对分子量103.2，GABA是一种白色或近白色结晶性粉末，味微苦，无旋光性，极易溶于水，25℃时溶解度为130 g/100 ml，易潮解，微溶于乙醇，不溶于其他常见有机溶剂，熔点202～204℃，但在195℃时即分解为吡咯烷酮和水。GABA作为氨基酸的一种，由于同时含有羧基和氨基，在水溶液中发生两性解离，解离情况取决于溶液的 pH 值，其 pKCOOH、pKNH3分别为4.02和10.35，等电点 pI为 7.19。

2 GABA的生化代谢途径

GABA生物合成的主要途径是由L-谷氨酸（LGlu）经谷氨酸脱羧酶（GAD）催化脱羧而来，此反应需要辅酶磷酸吡哆醛；在某些情况下，GABA也可由鸟氨酸和丁二氨转化而来，但这些物质都是由Glu生成的，所以说Glu是生物体内GABA的唯一来源[6]。在哺乳动物神经细胞内，合成的GABA首先在GABA转氨酶（GABAT）的催化下形成琥珀酸半醛（SSA），然后SSA在琥珀酸半醛脱氢酶（SSADH）催化下形成琥珀酸进入三羧酸循环，这些反应和GAD催化Glu脱羧反应一起，构成了α-酮戊二酸氧化成琥珀酸的另一条支路，称为GABA支路[6]（见图1）。

3 GABA的制备方法

3.1 化学合成法

早在1883年，人们就已经掌握了GABA的化学合成法，主要是由邻苯二甲醛亚氨钾和γ-氯丁氰在强烈条件下（180℃）反应，产物与浓硫酸一起回流，再经过结晶提纯而得。目前，通常采用的化学合成法是通过吡咯烷酮经氢氧化钠或氢氧化钾水解开环制得GABA。最近，张聪等（2009）[7]以丁内酯为起始原料，经过氯化酯化反应，生成4-氯丁酸甲酯，再经氨解和皂化反应制得GABA，总收率达57.9%。随着GABA化学合成工艺的不断改进，GABA生产成本有所下降，纯度也不断提高。

3.2 植物富集法

植物富集法主要是利用植物体内的GAD催化底物Glu脱去羧基后得到GABA，有两种形式：①植物组织生长代谢富集，即培育能富集GABA的植物新品种，例如中国水稻研究所应用生物工程技术培育了水稻新品种“基尔米”，GABA含量是普通大米的6倍。②离体植物组织应激代谢富集，即在外界应激条件包括温度、压力、研磨、破碎和氧浓度等的作用下，植物离体组织GAD活性增强从而富集GABA，例如以米胚芽、米糠、绿茶、南瓜、辣椒、茄子、番茄和蜜柑等为原料生产的GABA功能性食品。

3.3 微生物发酵法

微生物发酵法是以谷氨酸或其衍生物（谷氨酸钠或富含谷氨酸的物质等）为原料，利用酵母菌、乳酸菌和曲霉菌等食品安全级微生物发酵制得GABA。该方法制备的产品具有成本低、含量高及可安全用于食品的优点，但高效的微生物菌种通常较难获得。

4 GABA的生物学功能

4.1 镇静、抗惊厥、治疗癫痫病

GABA作为中枢神经系统内重要的抑制性神经递质，通过与其A型受体结合增加神经元细胞膜对Cl-的通透性，引起细胞超极化，产生突触后抑制效应，从而发挥镇静神经，促进睡眠，抗惊厥的作用。GABA可提高机体抗惊厥阈值，是治疗顽固性癫痫的特效生化药物。研究表明，癫痫病患者脑脊液中GABA较正常人明显降低，且其程度与发病类型有关，临床上有可能通过提高脑脊液GABA水平来干预及改善癫痫患者的智能状况[8]。

4.2 调节动物的食欲

早在20世纪80年代，就已发现适量的GABA具有显著促进动物食欲的生理作用，其作用机理是：①GABA可促进某些促食欲神经肽（如NPY、阿片肽等）的分泌，并与促食欲神经肽（如orexin）的促食欲作用相关；②GABA还可通过抑制某些抑制食欲神经肽（如α-MSH和CCK等）的分泌，反向提高动物的食欲；③作为机体重要的抑制性神经递质，GABA可有效地选择性抑制动物下丘脑的饱中枢，从而促进动物食欲；④GABA还可通过调制动物的味觉而影响动物的食欲[9]。

4.3 改善肝脏、肾脏功能

GABA在体内能大幅度降低碱性磷酸酶和转氨酶活性，抑制谷氨酸脱羧反应，与α-酮戊二酸反应生成谷氨酸，使血氨降低，使更多的谷氨酸与氨结合成尿素排出体外，解除氨毒，增进肝脏功能[2]。GABA具有利尿作用，能够使机体过剩的盐分从尿液排出；给老鼠喂食富含GABA的米胚芽后，其肾脏基底膜细胞坏死减少，尿素氮降低，说明GABA具有活肾功能[5]。

4.4 调节激素的分泌

GABA对机体的内分泌功能有重要的调节作用，主要包括：①促进生长激素的分泌，调节神经内分泌生长轴的功能，促进动物的生长发育；②影响孕酮、黄体生成素和催乳素的分泌，调节神经内分泌性腺轴的功能，促进排卵和精子的获能，提高动物的繁殖性能；③影响胃肠道激素的分泌，通过提高胃泌素的水平、刺激肠道内CCK的分泌以及抑制生长抑素的释放，从而促进胃酸、胰液等消化液的分泌，参与胃肠道运动的调节，促进机体的消化吸收功能；④对胰岛素、甲状腺激素等外周激素的分泌也具有重要的调节作用。

4.5 其它功能

除上述功能之外，GABA还有许多其它生理作用，如降血压、抗衰老、控制哮喘、改善脂质代谢、预防肥胖、防止动脉硬化和皮肤老化、镇痛、解酒消臭等作用。

5 GABA在畜牧生产中的应用

目前，关于GABA在畜牧生产中的应用研究主要集中在猪方面。在21 d断奶仔猪的日粮中分别添加0、50、100和150 mg/kg GABA饲喂28 d，结果显示，50和100 mg/kg GABA添加量能提高断奶仔猪的采食量和日增重，降低料重比，以50 mg/kg组效果最好，而150 mg/kg组的日增重和采食量却有所降低[10]。杨小军等（2009）[11]在28 d断奶的三元杂交猪日粮中添加高剂量GABA（400、800 mg/kg）饲喂28 d，发现GABA主要对试验后期的日增重和采食量影响显著，且800 mg/kg剂量效果更好。在生长肥育猪方面，韦习会等（2004）[12]在30 kg左右的三元杂交猪日粮中添加0、10、20 和 40 mg/kg GABA 饲喂 80 d，结果表明，10和20 mg/kg组的日增重比对照组分别提高了11.39%和9.49%，采食量分别提高了7.82%和9.47%，而40 mg/kg组的采食量和日增重却有所下降。最近，胡家澄等（2009）[13]选用40 kg左右三元杂交猪进行为期48 d的试验，得到与韦习会等（2004）[12]相似的结果，以10 mg/kg GABA促生长效果最佳。然而，Fan等（2007）[14]同样选用30 kg左右的三元杂交猪，在基础日粮中分别添加0、50、100 mg/kg GABA 饲喂 28 d，结果发现，GABA 对猪的促生长作用明显，但主要表现在试验3～4周，且以100 mg/kg的效果最好。上述研究提示，一定剂量的GABA能够显著提高猪的生长性能，但不同试验在GABA的最佳添加量的结果上并不一致，因此，在实际应用GABA时必须考虑猪的不同生长阶段和GA－BA的来源等因素来确定适宜的添加量。

GABA对家禽生长性能的影响同样也引起了研究者的关注。陈忠等（2002）[15]在肉仔鸡饮水中添加0.05%GABA后发现，热应激仔鸡的呼吸频率明显降低，肉鸡的日增重显著提高，料重比得到改善。吴常信（2005）[16]报道，将适量GABA添加到肉雏鸡前期（50、100 mg/kg）和后期（75、150 mg/kg）日粮中均能提高日增重和降低料重比，且低剂量效果优于高剂量组。最近有学者研究了在日粮中添加50 mg/kg GABA对AA肉鸡生长性能的影响，结果发现，50 mg/kg GABA添加量显著提高了试验全期肉鸡的日增重和显著降低料重比[17]。陈黎龙等（2010）[18]在崇仁麻鸡日粮中分别添加5～150mg/kgGABA，试验42 d，发现日粮中GABA的添加剂量与崇仁麻鸡的生长性能指标间并无显著的相关性，其中30 mg/kg GABA可使崇仁麻鸡的日增重显著提高，料重比显著降低，但对日采食量无显著影响，建议在崇仁麻鸡日粮中GABA的适宜添加量为30 mg/kg。在蛋鸡方面，李爱学（2003）[19]在伊莎蛋鸡的产蛋高峰期，向饲料中添加50 mg/kg GABA可增加其采食量和摄食次数。陆桂平等（2007）[20]在青年伊莎蛋鸡饲料中添加10 mg/kg GABA进行长时间饲养试验，结果表明，10 mg/kg GABA可显著提高青年期、产蛋初期和产蛋高峰期蛋鸡的采食量，分别比对照组提高了11.9%、5.95%和7.23%，显著增加产蛋初期的产蛋率和蛋重，料蛋比变化不明显，对产蛋高峰期的产蛋性能无显著影响。

在水产养殖方面，有学者分别开展了GABA对青、鲫、泥鳅、等抗缺氧能力的影响研究，结果表明，GABA能够显著提高水产动物的抗缺氧能力，对水产动物的缺氧危害有明显缓解作用[21-24]。

6 结语

GABA作为功能性非蛋白质氨基酸，已经在医药和功能性食品的开发中发挥了重要作用。近年来，在畜牧生产中的应用研究表明，GABA因其特殊的生理活性及其应用的安全性，已经成为一种新型的绿色饲料添加剂。GABA在提高畜禽采食量，抗应激，促生长，提高饲料报酬等方面具有显著的作用。然而，GABA作为一种内源性的生理活性物质，若直接添加到畜禽饲料中，其应用的剂量不好控制，使用的效果往往并不稳定，主要的原因是畜禽体内存在完整的GABA的分解代谢途径，外源性添加的GABA极易在发挥作用前就被代谢破坏。因此，要在畜禽生产中真正使用好GABA，必须对其进行适当的处理，例如，与其它某些活性物质（如牛磺酸）互补搭配，以及对GABA进行生化代谢的保护，开发相应的以GABA为主要成分的复合型饲料添加剂产品，使产品中的GABA能够稳定高效地发挥作用。总之，GABA的研究开发将丰富饲料添加剂的种类，对畜牧业及饲料工业的发展有一定作用，具有良好的应用前景。

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