精氨酸对动物的营养调节及免疫作用

徐伟风，吴春宇

（1.南京市畜牧家禽科学研究所，江苏 南京 210000；2.南京农业大学，江苏 南京 210000）

精氨酸（Arginine,Arg）最初是在1886年由德国科学家从植物羽扁豆幼苗中分离提取出来并命名的。1995年，Hedin在哺乳动物的蛋白质中也发现了精氨酸的存在。传统上把左旋精氨酸（L-arginine,LArg）定义为非必需氨基酸，但L-精氨酸是维持幼年动物最佳生长和氮平衡的必需氨基酸。Geng等[1]研究报道，精氨酸是新生哺乳仔猪的必需氨基酸。正常情况下大部分成年哺乳动物可以自身合成氨基酸，但不足以满足机体需要，特别是在饥饿、创伤及快速生长状态下。因此，精氨酸又被认为是条件性必需氨基酸[2]。由于精氨酸具有重要的生理、代谢和营养作用，几乎机体中所有组织均利用L-精氨酸合成胞浆蛋白和核蛋白，精氨酸在促进肌肉蛋白质合成、细胞分裂、伤口复原和激素分泌、增强机体的免疫力等各种生理过程中，也扮演着重要的角色[3]，因此精氨酸作为一种免疫调节剂而成为动物营养研究的热点。

1 精氨酸的理化性质

精氨酸，分子式为：C6H14N4O2，结构式为NH2-C（=NH）-NH-CH2-CH2-CH2-CH（NH2）-COOH，相对分子质量为174.2，熔点为244°C，为白色晶体或晶体状粉末，无嗅，味苦，易溶于水，溶于水后溶液呈强碱性，极微溶于乙醇，不溶于乙醚，加热至105°C时失去结晶水。L-精氨酸，化学名称2-氨基-5-胍基戊酸，属于碱性氨基酸，易与酸反应生成盐，在生理pH条件下等电点为10.76，解离常数PK1（-COOH）=2.17，PK2（-NH4+）=9.04，PKR（胍基）=12.48。精氨酸在自然条件中有两种异构体存在：D-精氨酸和L-精氨酸，动物体内主要以L-精氨酸的形式存在。在动物机体内有营养、代谢及免疫生理功能的也是L-精氨酸。

2 精氨酸的代谢

精氨酸是体内蛋白氮重要的载体、一种条件性必需氨基酸，哺乳动物体内许多细胞，如肠细胞、上皮细胞、巨噬细胞等，均可经一氧化氮合酶、精氨酸酶生成一氧化氮、脯氨酸等活性分子来脱氨基生成具有生物活性的一氧化氮。一氧化氮是一种重要的内源性活性因子[4]，可参与并促进皮肤组织创伤恢复的整个过程，其作用表现在诱导成纤维细胞、上皮细胞、内皮细胞和角质细胞的增殖与分化、增进血管生成、参与基质的沉积和重塑、调节创伤愈合炎症反应中各种细胞因子的活性等[5]。在维持血管紧张，减少胃肠道黏膜的损伤，糖尿病大鼠肝脏保护及减少氧化应激[6]中起到一定的作用。在机体内，L-精氨酸是内生性一氧化氮的唯一前体[7]，能使机体一氧化氮浓度增加。精氨酸是一种重要的免疫调节剂，可通过促进胰岛素、生长激素、泌乳素和类胰岛素生长因子等内分泌激素的分泌而介导对机体免疫功能的调节[8]。饲粮添加精氨酸能增强各种免疫应激模型、健康啮齿动物、烧伤动物、患致死性细菌性腹膜炎动物及小肠损伤动物的免疫功能[9-10]，精氨酸在动物体内通过肌醇和甘油磷酸胆碱发挥作用，增强机体蛋白质的合成和沉积以及脂肪的降解，能增加机体内氮储留、发挥调节作用，提高机体的免疫状态[11]。

3 精氨酸的营养生理功能

精氨酸是体内合成一氧化氮和多胺等诸多重要生物活性因子的必需前体物，从而调控生长、繁殖以及健康[12]。

3.1 对动物生长性能的影响

方勇军等[13]研究发现，当精氨酸添加水平达1.12%时，樱桃谷肉鸭增重效果最好。覃麟等[14]研究表明，断奶（54±2）d以内的腹泻仔猪饲粮精氨酸含量以1.4%为宜，能提高腹泻仔猪的生长性能。Zhan等[15]研究表明，健康的断奶仔猪饲粮精氨酸含量为1.52%时，可减少仔猪的腹泻频率和腹泻率。潘杰等[16]报道，21日龄断奶仔猪基础饲粮中添加精氨酸1%可以提高仔猪的生长性能。杨慧等[17]研究发现，在断奶仔猪基础饲粮中添加1%的精氨酸能够显著提高仔猪的平均日采食量和平均日增重，显著降低料重比。吴信等[18]在21 d断奶仔猪的饲粮中添加L-精氨酸6 g/kg饲喂7 d后，均可显著提高其日增重。在妊娠期和泌乳期母猪饲粮中补充1%的精氨酸盐酸盐，对初产母猪泌乳性能有潜在的有益影响[19]。Mateo等报道在饲粮中添加1%的精氨酸盐酸盐可以增加泌乳母猪的产奶量和哺乳仔猪的体增重[19]。Kim等[20]在7～21 d仔猪饲粮中添加0.2%和0.4%精氨酸，平均日增重分别增加28%和66%，体重分别显著增加15%和32%。由此可见，动物饲粮中添加适宜的精氨酸能够有效提高平均日采食量和平均日增重，降低料重比，改善动物的生长性能。

3.2 对动物肠道发育的影响

精氨酸除了是蛋白质的基石外，也是合成许多生物活性因子包括一氧化氮、鸟氨酸、多胺（腐胺、亚精胺、精胺）、肌酸和胍丁胺的前体[21]。研究显示精氨酸可通过生产多胺来增加胃肠黏膜细胞膜K通道的表达，进一步通过复杂网络促进纤维增殖及细胞迁移定植，促进细胞增殖，加速蛋白质合成，在胃肠黏膜生长、发育、成熟、修复等环节起到关键作用[22]。孟国权等[23]试验结果表明，0.5%精氨酸有效地增加了十二指肠、回肠黏膜中二胺氧化酶活性，这说明精氨酸对肠道屏障功能具有一定的保护作用。与本试验结果相一致，黄晶晶等[24]报道，0.5%精氨酸有效地缓解了脂多糖导致的十二指肠黏膜中二胺氧化酶活性下降。鲍倩玲等[25]研究发现，在全肠外营养液中添加2%精氨酸显著缓解了因全肠外营养导致的回肠黏膜中二胺氧化酶活性下降。刘怡晟等[26]研究发现，与标准全胃肠外营养组相比，精氨酸强化的全胃肠外营养组幼兔血浆D-乳酸显著降低。孟国权等[23]研究结果还表明，0.5%精氨酸显著降低了脂多糖导致的十二指肠黏膜中内皮素-1含量的上升，这可能是精氨酸缓解了脂多糖导致肠道屏障功能受损的原因之一。与本试验结果相似，张国锋等[27]报道，大鼠腹腔注射200 mg/kg体重的精氨酸显著地缓解了脂多糖导致的血浆、胃黏膜中内皮素-1含量的升高。郭长义等[28]研究泌乳母猪饲粮精氨酸对哺乳仔猪小肠黏膜发育的影响及抗氧化机理，结果发现添加精氨酸可以改善肠道黏膜的发育（如黏膜绒毛高度和隐窝深度），同时还可提高黏膜乳糖酶、碱性磷酸酶和谷胱甘肽酶的活性，降低了超氧化物歧化酶的活性，通过改善抗氧化能力促进哺乳仔猪肠道的发育。因此，饲粮中添加精氨酸可以缓解仔猪腹泻，适宜水平的精氨酸能够改善肠道形态的发育。

3.3 对动物繁殖性能的影响

精氨酸和它的代谢产物在繁殖，包括增强胚胎和胎儿存活上具有重要的作用[29]。曾祥芳等[12]试验结果表明，妊娠早期饲粮添加精氨酸可促进大鼠早期胚胎着床，提高早期胚胎存活率，从而显著增加初产大鼠的窝产仔数和窝重。王光辉等[30]向母牛子宫颈内注入5%精氨酸，两年产母犊比率平均63.8%，比对照组提高15.8%。刘星达等[31]向饲粮中添加0.8%精氨酸发现母猪日均泌乳量、仔猪断奶窝重和断奶均重得到显著性的提高。杨慧等[32-33]研究发现，在妊娠母猪（从配种到分娩）饲粮中添加不同水平精氨酸可以提高窝产活仔猪数和初生窝重，添加不同水平的精氨酸对妊娠后期母猪血液的生化指标影响明显，可提高泌乳母猪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，在提高仔猪生长性能的同时，也缩短了母猪断奶后的发情周期。此外，Mateo等[34]研究发现，给妊娠30～114 d的母猪补充1%L-精氨酸盐酸盐，妊娠期间母猪的体重和背膘厚组间没有差异；在妊娠第90和110天，血浆尿素浓度试验组极显著低于对照组；与对照组相比，添加1%精氨酸显著提高了产活仔数22%，初生重显著提高24%，添加精氨酸组几乎每头母猪可以增加产出2头小猪。在妊娠14～28 d补充精氨酸可以显著提高胎猪的成活率[35]。

4 精氨酸对动物机体免疫调节的影响

精氨酸对免疫的调节功能主要是通过精氨酸酶和一氧化氮途径实现。精氨酸可改善动物营养状况，增加胸腺质量和胸腺淋巴数，同时促进植物凝集素、刀豆蛋白等有丝分裂原的产生，显著提高T淋巴细胞对有丝分裂的反应性，从而刺激T淋巴细胞的增殖[36]；增强巨噬细胞的吞噬能力和自然杀伤细胞对肿瘤靶细胞溶解作用；增加脾脏单核细胞对白细胞介素-2（IL-2）的分泌以及IL-2受体的活性；增强T细胞介导的Ⅳ型超敏反应来降低前列腺素的水平，进一步促进IL-2合成，最终产生以提高T淋巴细胞介导的直接或间接反应的免疫调节的强大作用。吉雁鸿等[37]在饮水中适量补充L-精氨酸可以对热应激损伤小鼠的免疫功能起到保护作用，补充1.5 mg/g体重精氨酸能够最大限度减少热应激对小鼠免疫功能的损伤。Buentello等[38]报道，饲粮中添加4%的高精氨酸水平能够显著提高斑点叉尾鮰的红细胞比容、白细胞数目和嗜异细胞数目等免疫指标。廖英杰等[39]试验中显示，随着精氨酸添加水平的升高，红细胞和白细胞数目显著升高，血红蛋白含量也显著增加，说明精氨酸通过提高红细胞数目来增加机体免疫力。Lieboldt等[40]报道表明，精氨酸对仔鸡淋巴器官发育起重要作用，与对照组相比，饲粮中缺乏精氨酸组仔鸡的胸腺和脾脏成熟相对迟缓。Konashi等[41]发现，饲粮中补充精氨酸会使肉仔鸡各项免疫指标显著增加。师昆景等[42]试验结果表明，胚蛋注射L-精氨酸可以在一定程度上提高肉仔鸡法式囊和脾脏的重量及指数，其中处理组的法氏囊重与对照组相比提高了27.27%。Szabó等研究报道，饲粮中添加精氨酸能够提高胸腺的重量[43]。在研究精氨酸对伤口治疗的影响时发现，大白鼠和小鼠背部受伤后精氨酸提高了胸腺重量。给动物补充精氨酸后胸腺增重是由于促进了动物胸腺细胞构成和胸腺细胞的排出，提高了对促分列素的转化，而且精氨酸促胸腺的作用起动迅速[44]。柏美娟等[45]试验结果表明：肥育猪饲粮中添加1%精氨酸可显著增加单核细胞数和百分比、淋巴细胞百分比和增殖活性及血清IgG和IL-2水平，显著降低中性粒细胞数和百分比及血清TNF-α（肿瘤坏死因子-α）水平；明显增加脾脏IL-2和IFN-γ（γ干扰素）表达水平，降低TNF-α表达水平，通过调节细胞和体液免疫水平，从而增强机体免疫功能。

5 小结

精氨酸族氨基酸是动物体内一系列具有重要生理意义的分子合成所必需的前体，而且又能调控动物健康、生长、发育、繁殖和体内平衡等代谢通路。精氨酸通过多种机制：MTOR信号、抗氧化防御、胎盘生长（包括血管生长）和子宫-胎盘血流量，激素分泌，神经因子的传递等来提高动物的各项生理过程。精氨酸一般是精氨酸族氨基酸的原型，其功能明确，可广泛地应用于养猪生产中，具有极大的市场前景，但是精氨酸的价格昂贵，限制了其在实践中的应用。因此，寻求一种价格低廉、无毒害的精氨酸替代物是亟待解决的问题。