浅谈母猪的孕体发育与营养调控

孔祥峰

（中国科学院亚热带农业生态研究所，动物营养生理与代谢过程湖南省重点实验室，湖南 长沙 410125）

动物胚胎/胎儿的生长发育是一个复杂的生物学过程，受遗传、营养、母体成熟度、疾病和环境等因素的影响[1]。母猪的胚胎/胎儿发育经历了几个关键期。妊娠后18～24 d是受精卵在子宫角不同部位附植并逐步形成胎盘的时期，多数胚胎死亡发生在妊娠后10～30 d；妊娠后30～60 d是胎盘生长最快的时期，妊娠后70 d胎盘发育至最大，也是胎儿死亡的高峰期；妊娠90 d后，胎儿的生长发育和增重迅速，母体增重加快，所需营养物质明显增加[2]。可见，母猪妊娠早期和后期分别是胚胎成活和胎儿生长发育的关键阶段。过去十几年，以增加窝产仔数为目标的遗传选育导致仔猪的初生体重（BW）偏低，从而影响了其断奶重以及保育期和生长育肥期的生长速度[3]。低BW或宫内发育迟缓（IUGR）会降低仔猪的成活率、适应能力、生长性能、饲料转化效率和胴体组成，从而给养猪生产带来严重的经济损失[4]。因此，研究不同生长发育期胚胎/胎儿对营养素的转运和代谢规律，可更有针对性地调控胚胎/胎儿的生长发育，对研发IUGR的防治措施具有重要意义。

胚胎/胎儿的营养来源于母体。妊娠早期，子宫腺分泌的子宫乳可为胚胎提供营养。母体营养随母体血液进入子宫内膜再转送到胎盘绒毛膜，并最终汇入到脐带血。脐静脉血是胎儿最直接的营养来源，其将丰富的营养物质、生物活性物质和氧气从胎盘直接传送给胎儿的肝脏，来支持胎儿生长发育的营养需求[5]。血液中的游离氨基酸一直被作为机体的氨基酸库。氨基酸代谢库中氨基酸组成与含量的变化可引起不同的细胞应答，由相关信号传导系统介导调控下游效应分子，实现蛋白质的合成与降解、基因的表达与抑制以及营养素的新陈代谢，最终表现为动物生长发育的差别[6]。因此，母体营养可影响胎儿的生长过程。例如，母猪日粮中添加精氨酸，可刺激胎盘NO的生成，促进胎猪的生长发育[7]；母体营养不足也会减少母体对胎儿的血液、营养素和氧气的供应，阻碍胎儿的生长发育，导致胎儿IUGR或死亡[2]。

孕体（Conceptus）是指胎儿、胎膜（包括胎盘、羊膜和孕囊等）和胎液（包括羊水和尿囊液等）构成的复合体，在整个妊娠期起主导作用。胎盘是胎儿与母体组织的联合体，是母体-胎儿循环间转运营养素、氧气和CO2以及代谢产物的器官[5]。胎盘的有效性不仅由其重量和大小决定，并且依赖于胎盘毛细血管的密度、胎盘与子宫内膜交错结合的程度等因素。Wu等[4]报道，胎盘生长受阻与IUGR的发生紧密相关，与同窝其他胎猪相比，IUGR胎猪具有较小的胎盘和较低的血流量。Luo等[8]研究表明，人类和实验动物胎盘表面存在对氨基酸的摄取；除了胎盘血流量降低外，妊娠45～100 d体重较小的胎猪对亮氨酸的转运能力低于平均体重胎猪。所以，研究胎盘对氨基酸、葡萄糖等营养素的转运和代谢特性，对了解和调控IUGR胎猪的营养供给具有重要意义。

羊水作为胎儿宫内生长发育的内环境，除了为胎儿的生长发育提供机械保护外，还是一些必需营养成分的重要来源，同时也是胎儿与母体进行物质交换的重要场所[5]。在胎儿的不同发育阶段，羊水的来源不同。妊娠前期，羊水主要来自母体血清的透析液和胎儿血浆成分；随着胎儿器官的不断发育和成熟，胎儿的尿液、呼吸系统、胃肠道、脐带、胎盘表面和皮肤渗出液等也均成为了羊水的来源。胎儿吞咽的羊水中含有丰富的营养物质，其中包含一些能支持细胞增殖和分化的生物活性因子合成前体[9]。胎儿通过吞咽羊水和羊膜内吸收途径，摄取养分、活性因子和抗菌物质，来支持和促进自身肠道成熟和生长发育[5]。羊水通过胎儿肠道吸收和胎盘-胎儿面绒毛膜跨膜转运进入胎儿血液循环，是羊水量调控的重要方式。测定羊水的生化参数、营养素及其代谢物浓度，可反映胎儿生长发育过程中营养素的转运和代谢情况。在人类临床医学中，妊娠中期抽取羊水可用于诊断胎儿的遗传病和代谢病；妊娠晚期，羊水穿刺检查可了解胎盘功能和胎儿生长发育情况。Wu等[10]研究发现，妊娠30～40 d母猪羊水中脯氨酸氧化酶、鸟氨酸转氨酶和鸟氨酸脱羧酶活性以及鸟氨酸和多胺等代谢产物的浓度显著增加。羊水中营养物质供应不足会影响胎儿的生长发育。本团队前期研究发现，妊娠早期胎儿体重大小与羊水中部分生化参数密切相关[11]。上述研究结果，可为促进IUGR胎猪/仔猪生长发育的饲料配方制定提供理论依据。

肝脏对葡萄糖、脂质和氨基酸等营养素的代谢起着重要作用。IUGR可影响胎儿肝脏的大小和代谢功能[12]。本团队的前期研究发现，与大BW哺乳环江香猪相比，IUGR仔猪肝脏中苏氨酸、丝氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸的含量较高，而血浆中的蛋氨酸、丝氨酸和丙氨酸浓度较低[13]。测定肝脏中营养素及其代谢物含量、营养素转运载体表达和代谢酶活性，可揭示IUGR胎猪/仔猪代谢障碍的分子机制。

肠道营养素的转运和代谢对其他组织器官营养素的供给至关重要。氨基酸、小肽和葡萄糖等营养素主要由小肠上皮细胞吸收，空肠为主要吸收部位；日粮氨基酸也会在肠道中发生大量的“首过代谢”[14]。目前已知，IUGR可减少仔猪小肠和结肠的厚度、重量和长度，降低小肠绒毛高度和单位面积绒毛的平均数量，这均导致肠道吸收表面积的降低[15]。IUGR新生仔猪的肠道乳糖酶和氨肽酶N活性较低，胰腺的相对重量减少，这可能会降低其消化吸收能力[16]。本团队前期研究表明，IUGR仔猪血浆氨基酸浓度降低，空肠中氨基酸和小肽转运载体的mRNA表达和蛋白质丰度也低于同窝其他仔猪，提示IUGR仔猪空肠对氨基酸和小肽的转运能力受损，这将进一步限制其肠道吸收功能和生长发育[13,17-18]。总之，IUGR新生儿的肠道发生了形态、生理和代谢的重要变化，但其在分子水平上的相应变化仍不清楚。

营养素不仅是机体合成的重要前体，还可作为信号分子参与细胞内信号传导过程，调节氨基酸、糖、脂肪和能量等体内主要代谢途径，最终导致机体整体代谢的改变[19]。IUGR猪在出栏时表现出较差的胴体品质，即瘦肉重降低、脂肪沉积更多[20]，这种改变可能是mRNA翻译和能量感应降低、骨骼肌氧化磷酸化受损的结果[12]。胎儿骨骼肌的生长受mTOR细胞信号机制的调节，营养不良可减少母体和胎儿骨骼肌中磷酸化mTOR的水平，增加母体肌肉中泛素修饰蛋白的浓度。因此，妊娠期母体营养不良引起的孕体氨基酸含量的减少，会导致母体和胎儿骨骼肌中蛋白质降解增加和合成减少[21]。目前已知，细胞水平上存在感知氨基酸丰度的TOR信号系统，以及感知氨基酸平衡的氨基酸应答信号通路[6]。尽管目前对TOR和代谢调控的研究尚处于初级阶段，但已有不少结果显示，TORC1可以从转录、翻译和翻译后水平上调控组织器官中的多条代谢通路[22]。基于上述研究发现，进一步揭示不同发育阶段IUGR孕体转运和代谢不同营养素的差异性变化规律，阐明IUGR发生的生理生化机制，筛选出与IUGR发生相关的关键营养素及其代谢产物，不仅对提高胎猪尤其是IUGR胎猪存活率具有重要的理论和实践意义，而且对指导其他哺乳动物妊娠期营养供给、预防IUGR的发生具有重要参考价值。