精氨酸生素在猪营养中的研究与应用

谢植鑫，苏江伟，刘 璐，康会芳，梁明振

（广西大学动物科学技术学院，南宁 530004）

精氨酸（Arg）于1886年被提取于植物豆苗中，1895年被发现存在于哺乳动物的蛋白质中，其分子式为C6H14N4O2，学名为2-氨基-5-胍基戊酸，相对分子质量为174.20，是一种显碱性的氨基酸。Arg作为仔猪体内的一种限制性氨基酸，Arg不足，限制其生长发育，Arg可以促进仔猪的生长，增强其免疫力，缓解断奶给仔猪带来的应激，降低其腹泻率[1-3]。Arg是动物体内最大的供氮氨基酸，是动物体内NO合成的唯一前提物[4]。Arg也是一种条件性必需氨基酸，当成年动物生病或肠道受损，Arg可改善肠道微生态环境，对动物的健康生长起着重要作用[5]。在生产实践中，外源性添加Arg和过量的Arg具有一定毒副作用，加上价格高，限制了其在生产中的运用。因此，对于内源性合成精氨酸，是近几年的研究热点[6]。精氨酸生素（AAA）是N-2酰谷氨酸（NAG）的稳定类似物，对内源性精氨酸合成具有重要作用[7]。

1 精氨酸生素的理化性质

AAA化学名N-氨甲酰谷氨酸（NCG），是NAG稳定的具有活性的并且可食用类似物，分子式为C6H10N2O5，相对分子质量为190.15。纯品的AAA为白色晶体粉末或无色半透明晶体，微溶于氯仿、四氯化碳、苯等有机溶剂，易溶于水，等电点为3.02。AAA有多个活性基团，主要集中在羧基和C2上的氨甲酰基。当AAA遇强碱时，羧基（C1和C5）容易与五氯化磷、乙酰氯等反应并生成酰氯；遇碱性或弱酸性时，AAA上的-NH2有强的亲核作用[8]。

2 精氨酸生素调节内源性精氨酸合成机理

动物体对于外源性Arg具有一定的颉颃作用，主要与色氨酸、赖氨酸和组氨酸发生颉颃作用，这不仅直接影响Arg的消化吸收，也间接影响了其他氨基酸的消化吸收[9]。Zhan等发现，在14日龄仔猪饲粮中添加精氨酸1.2%，与对照组相比，其生长性能降低，血清中赖氨酸也显著降低[3]。动物体内Arg经过一氧化氮酶（NOS）催化生成NO，通过结构酶或诱导酶来脱氨基生成NO，Arg是生成NO的唯一前提物[4-5]。当动物体饲喂过多的外源Arg时，动物体内NO含量会在短时间内快速增加，此时NO对机体有显著的副作用，过量的NO对机体的Arg/NO信号通路造成严重损坏，损害机体[10]。由于外源性Arg的极限，其及毒副作用的不可避免性，因此，内源性Arg的调节及其合成途径受到更加广泛的关注。

对于哺乳仔猪来说，肠道是Arg的主要合成场所，而Arg合成代谢过程中，所需的NAG会随着时间增长而逐步降低，影响Arg的合成，而AAA是NAG的类似物，可以通过调节氨甲酰磷酸合成酶，促进Arg合成，从而提高Arg含量[7]。对于断奶仔猪来说，由于脱离母乳和环境改变等因素很容易引起断奶仔猪应激，此时肠道会产生皮质醇，而过多的皮质醇会促进精氨酸酶的合成，从而使Arg被降解，而通过加入AAA可以降低应激率，降低皮质醇分泌，从而降低精氨酸酶合成，保护了Arg不被分解。Arg在体内主要参与鸟氨酸循环（也称尿素循环），在精氨酸水解酶的作用下分解为尿素和鸟氨酸，尿素进入血液，而鸟氨酸在特异的鸟氨酸转运体系作用下由胞液进入线粒体，在线粒体合成瓜氨酸，在转运载体作用下，瓜氨酸进入胞液，在精氨酸代琥珀酸合成酶的作用下与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸，再经精氨酸代琥珀酸裂解酶作用分解为精氨酸和延胡索酸，此反应是在胞液中进行的[11]。在鸟氨酸循环中，NAG是氨基甲酰磷酸合成酶-Ⅰ（CPS-Ⅰ）代谢变构启动剂，CPS-Ⅰ能催化机体合成氨基甲酰磷酸，在线粒体中鸟氨酸转化为瓜氨酸过程中需要氨基甲酰磷酸（CP）。可知，NAG是Arg代谢合成过程中内源性必要的辅助因子[12]。AAA稳定性强，不易被细胞内氨基酸代谢酶或脱酰基酶所分解，是NAG稳定的类似物，可以参与鸟氨酸循环，启动CPS-Ⅰ，对内源性Arg的合成起到了重要作用[13]。

3 精氨酸生素的合成方法

AAA又称NCG，其最新合成方法是先将L-谷氮酸、甲醇、硫酸混合起来反应，反应后的混合液用三乙胺调节pH，得到L-γ-谷氨酸甲醋；然后将产物L-γ-谷氨酸甲醋与甲醇和二硫化碳的混合，再往混合液中通NH3至饱和，密封，浓缩除氨后得γ-甲醋-L-谷氨酸-N-氨基酸盐浓缩液；再加热并加入乙酸，降压除去二硫化碳，得到最终产物NCG粗品；最后用具有活性的炭先脱色、再重结晶得成品。AAA合成方法简单，原料丰富，价格低。

4 精氨酸生素在养猪生产中的应用

4.1 精氨酸生素在仔猪饲养中的应用

4.1.1 哺乳仔猪

对于哺乳仔猪来说，Arg是一种必需氨基酸[14]。由于哺乳仔猪自身生长、代谢迅速，对Arg的需要量较高，由于内源性合成精氨酸及母乳供应Arg不足，满足不了仔猪需要量。缺乏Arg仔猪会出现生长缓慢，肠道发育缓慢，此时仔猪往往容易出现腹泻状况；同时也影响心血管、免疫、神经系统等发育，此时仔猪往往由于抵抗力低，易生病，影响生产。Arg缺乏也阻碍了其他氨基酸的代谢，从而导致血氨浓度过高，仔猪往往会出现高氨，严重时会出现死亡。在鸟氨酸循环过程中，NAG是重要的辅助因子，在线粒体中促进氨甲酰磷酸合成后与鸟氨酸结合生成瓜氨酸，但NAG受胞液中代谢酶的影响，外源的NAG很难从胞液进入线粒体，影响Arg的生成。AAA是NAG的类似物，其性质较稳定，不受胞液中的氨基酸代谢酶的影响，能从胞液有效的进入线粒体，启动内源性Arg合成分泌，提高体内Arg含量，对动物生产起到积极作用[15]。AAA能促进哺乳仔猪的生长性能，促进内脏器官发育，提高血液精氨酸浓度。陈楠对7日龄的哺乳仔猪每日进行NCG灌服，试验期14 d，结果发现灌服NCG 100和150mg·kg-1的仔猪相比对照组日增重显著提高14.8%和20.1%（P＜0.05），仔猪体重显著提高10.5%和14.6%（P＜0.05），脏器（心脏、肝脏、肾脏）指数也相应提高[16]。Frank等对9日龄的哺乳仔猪进行NCG 50 mg·kg-1灌喂2次·d-1，研究发现，到了17日龄，相比对照组，仔猪体重提高25%，血清精氨酸提高32%[17]。Wu等每日两次对4日龄哺乳仔猪进行NCG 50mg·kg-1灌喂2次·d-1，连续灌喂10 d，结果显示，哺乳仔猪体重增加61%，血清Arg浓度增加68%[14]。

4.1.2 精氨酸生素在断奶仔猪生产中的应用

断奶仔猪由于脱离母乳，加上胃肠道消化系统发育不完善，易受到环境变化和周边病原微生物等诸多因素的影响，且此时仔猪生理变化较快，对Arg需要量较高，对饲料营养成分和原料组成要求严格，动物机体内会因为出现Arg不足，进而导致生长受阻，表现为亚健康状态，此时，动物会出现断奶综合征，导致仔猪食欲不强、饲料利用率低、生长率低、免疫功能下降，出现腹泻、水肿、僵猪甚至死亡等现象。在生产中，仔猪由于断奶应激，对肠道黏膜造成了一定的损害，添加Arg可有效的保护肠道黏膜免受损害，刺激肠道发育。研究表明，在断奶仔猪饲粮中添加AAA，可以缓解断奶给仔猪带来的应激反应和腹泻率，改善肠道环境，提高仔猪生长性能及免疫力[18]。吴信等在21日龄断奶仔猪基础日粮中添加AAA 0.08%，进行7 d试验后发现，与对照组相比，AAA组的平均日增重和日采食量都显著提高（P＜0.05），腹泻率下降18.13%，肠道绒毛高度有提高的趋势及其回肠上皮杯状细胞数量也有增加趋势[19]。AAA也可以促进断奶仔猪内脏器官的发育，促进仔猪健壮快速生长。彭瑛等在21日龄断奶仔猪基础日粮中添加AAA 0.09%，试验7 d，结果表明，与对照组相比，AAA 0.09%组平均日采食量和日增重显著提高（P＜0.05），血清尿素氮和碱性磷酸酶活性显著降低（P＜0.05），肝脏、肾脏、脾脏和心脏重量都高于对照组[1]。周笑梨等研究发现，在断奶仔猪基础日粮中添加NCG 0.1%，结果发现，NCG有助于提高断奶环江香猪肠道内容物中有益菌的数量，抑制有害菌繁殖，从而改善肠道微生物环境[20]。AAA也可提高动物机体对自由基的抑制作用，降低自由基的含量，从而提高机体的抗氧化能力。高运苓等在断奶仔猪基础日粮中添加AAA 0.08%，结果发现AAA可以降低血液丙二醛含量，提高断奶仔猪的抗氧化功能，缓解断奶引起的氧化应激和肠道黏膜损伤[21]。

4.2 精氨酸生素在母猪生产中的应用

母猪妊娠阶段对于繁殖母猪来说是一个非常重要的阶段，其营养状况对胎儿的存活率和生长发育影响较大。Arg对于妊娠母猪来说是一种重要的氨基酸，是机体重要的营养物质，能为母体提供NO，而NO对母猪的心血管发育具有重要意义。NO是机体内皮素的释放因子，对母体血管有十分重要的调节作用，能够促进母体对胚胎营养的输送。有研究发现，在妊娠30～40 d，猪尿囊液中Arg浓度于与初期相比增加23倍[22]。而Arg能提高胎盘合成NO及多胺的含量，NO和多胺是胚胎形成、血管生成及胎儿健康发育的重要调控物[23]。对于泌乳母猪来说，在泌乳母猪饲粮中添加Arg 1%能提高血清中部分氨基酸浓度，改善泌乳母猪的新陈代谢和免疫机能，缩短母猪断奶后的发情间隔[24]。刘星达等对母猪妊娠后期（第80天～分娩）在基础日粮中添加AAA 0.04%、0.08%、0.12%，试验结果显示，与对照组相比，日粮添加AAA 0.08%显著提高窝活仔数及活仔初生窝重（P＜0.05），显著提高血浆Arg及NO浓度（P＜0.05），也提高了催乳素含量，AAA有效促进母猪内源性Arg的合成，提高母猪繁殖性能[25]。AAA对母猪机体免疫体系也有重要作用。杨平在妊娠母猪第30～90 d饲喂NCG 0.1%，发现机体血清IgG、IgM抗体水平显著升高（P＜0.05）[26]。江雪梅等研究发现，在妊娠母猪日粮中添加NCG 0.1%，窝产仔数提高0.55头，仔猪初生窝重提高1.39 kg，血浆亮氨酸、苯丙氨酸、瓜氨酸和脯氨酸浓度显著提高（P＜0.05）[27]。

5 小结

Arg促进了仔猪生长发育及机体蛋白质的合成，增强免疫力，提高了母猪繁殖性能，在生产实践中，由于外源性Arg具有一定的颉颃作用，主要与赖氨酸、色氨酸及组氨酸发生颉颃，且其价格高，影响Arg全面推广及使用，因此，通过研究内源性调控对动物机体内Arg的合成具有重要意义。AAA作为NAG的类似物，稳定性强，不受胞液中氨基酸代谢酶的影响，因此外源添加AAA可调节内源性Arg的合成，提高机体内Arg水平，对动物体的健康生长具有重要意义，对养猪业的长期发展更具重要意义。AAA作为一种新型、绿色、高效的饲料添加剂，价格便宜，其效果优于外源添加Arg，在猪生产中值得全面的推广与使用。对于AAA在猪各个阶段的使用量，在哺乳仔猪建议每日2次灌服50mg·kg-1；对于断奶仔猪，建议添加量为0.08%；对于妊娠母猪，建议添加量0.1%。

[1]彭瑛，蔡力创.精氨酸和精氨酸生素对断奶仔猪生长性能、器官重及生化指标的影响[J].中国畜牧兽医，2011，38（8）:23-26.

[2]覃麟，施晓丽，夏先林.精氨酸对断奶腹泻仔猪生长性能与腹泻的影响[J].贵州农业科学，2010（5）:151-155.

[3]Zhan Z，Ou D，Piao X，etal.Dietary arginine supplementation affectsmicrovascular development in the small intestine of earlyweaned pigs[J].The Journal of Nutrition，2008，138（7）:1 304-1 309.

[4]Wu G，Morris JR S.Argininemetabolism:nitric oxide and beyond[J].Biochem J，1998，336:1-17.

[5]刘兆金，印遇龙，邓敦，等.精氨酸生理营养研究[J].氨基酸和生物资源，2005，27（4）:54-57.

[6]吴信，高运苓，伍国耀，等.N-甲酰谷氨酸对仔猪内源性精氨酸的合成调控[J].饲料工业，2009，30（4）:56-58.

[7]曹洪战，陈楠，芦春莲.N-氨甲酰谷氨酸对哺乳仔猪生长及内源精氨酸合成代谢的影响[J].畜牧兽医学报，2013，44（11）:1 844-1 850.

[8]刘雅倩.N-氨甲酰谷氨酸合成及其生理功能研究[D].长沙:长沙理工大学，2011.

[9]吴琛，刘俊锋，孔祥峰，等.仔猪内源性精氨酸合成研究进展[J].动物营养学报，2011，23（1）:5-9.

[10]唐利华，蒋竹英，方热军.L-精氨酸/一氧化氮信号通路研究进展[J].饲料研究，2011（3）:20-22.

[11]吴信，印遇龙，李恒章.精氨酸的代谢调控及其在猪营养中的研究进展[J].饲料与畜牧，2011（9）:8-12.

[12]Morizono H，Caldovic L，ShiD，etal.Mammalian N-acetylglutamate synthase[J].Molecular Genetics and Metabolism，2004，81:4-11.

[13]周光明，孙艳朋，吕娟，等.精氨酸生素的生物学功能及其在养猪生产中的应用[J].养猪，2012（1）:6-8.

[14]Wu G，Jaeger L A，Bazer FW，et al.Arginine deficiency in preterm infants:biochemicalmechanismsand nutritional implications[J].The JournalofNutritionalBiochemistry，2004，15（8）:442-451.

[15]郭长义，蒋宗，勇林韬.精氨酸在猪营养中应用的研究进展[J].中国饲料，2009（8）:31-36.

[16]陈楠.N-氨甲酰谷氨酸对哺乳仔猪生长性能及相关理化指标的影响[D].保定:河北农业大学，2012.

[17]Frank JW，Escobar J，Nguyen H V，etal.Oral N-carbamylglutamate(NCG)supplementation increases growth rate in sow-reared piglets[J].The FASEB Journal，2006，20:425.

[18]王琤韡，瞿明仁，游金明，等.N-氨甲酰谷氨酸对断奶仔猪生长性能、养分消化率及血清游离氨基酸含量的影响[J].动物营养学报，2010（4）:1 012-1 018.

[19]吴信，周锡红，印遇龙，等.精氨酸和精氨酸生素对断奶仔猪生长性能、腹泻率和肠道形态的影响[C].中国畜牧兽医学会2009学术年会论文集（下册），2009.

[20]周笑犁，连国琦，孔祥峰，等.N-氨甲酰谷氨酸对断奶环江香猪肠道微生物区系的影响[J].天然产物研究与开发，2014，26（2）:263-267.

[21]高运苓，吴信，周锡红，等.精氨酸和精氨酸生素对断奶仔猪氧化应激的影响[J].农业现代化研究，2010，31（4）:484-487.

[22]Mateo R D，Wu G，Moon H K，et al.Effects of dietary arginine supplementation during gestation and lactation on the performance of lactating primiparous sows and nursing piglets[J].Journalofanimalscience，2008，86（4）:827-835.

[23]刘俊锋，胡慧，孔祥峰，等.母猪精氨酸营养研究进展[J].动物营养学报，2010，22（4）:840-844.

[24]杨慧，林登峰，林伯全，等.饲粮添加不同水平L-精氨酸对泌乳母猪生产性能、血清氨基酸浓度和免疫生化指标的影响[J].动物营养学报，2012（11）:2 103-2 109.

[25]刘星达，刘雅倩，吴信，等.日粮中添加精氨酸生素对妊娠后期母猪繁殖性能的影响[C].第六次全国饲料营养学术研讨会论文集，2010.

[26]杨平.饲粮添加L-精氨酸或N-氨甲酰谷氨酸对感染PRRSV妊娠母猪繁殖性能及免疫功能的影响[D].雅安:四川农业大学，2011.

[27]江雪梅，吴德，方正锋，等.饲粮添加L-精氨酸或N-氨甲酰谷氨酸对经产母猪繁殖性能及血液参数的影响[J].动物营养学报，2011，23（7）:1 185-1 193.