氨基酸对仔猪肠道发育和健康的影响

权东升

摘要：日粮中的氨基酸和其他成分为仔猪肠道发育和成熟提供了营养。然而，早期断奶的仔猪存在较大的环境压力，损害仔猪肠道的健康发育，导致肠道功能障碍甚至死亡。断奶腹泻综合征在断奶后存在着高流行的发病特点，营养素在建立和维持功能性肠道中的重要作用方面具有重要意义。特别是，必须考虑氨基酸对这些功能的影响。氨基酸水平对断奶仔猪肠道发育有很大的影响。缺乏氨基酸可引起肠道的结构和功能显著发生变化。因此，全面了解氨基酸的功能，优化肠道发育过程中氨基酸的需求，最大限度提高仔猪的健康性能和生长性能是十分必要的。现综述对断奶仔猪肠道健康有益的特异性氨基酸（氨酸、谷氨酸、苏氨酸）的作用。

关键词：仔猪;肠道;健康;氨基酸

中图分类号：S828.4     文献标识码：B文章编号：2095-9737（2019）12-0007-04

仔猪健康是养猪生产中的一个重要问题。肠道发育状况反映营养配比是否充足，是仔猪保健的重要组成部分，而氨基酸又是肠道生长发育所必需的。对于仔猪来说，乳中蛋白质的含量决定了仔猪的生长状况，起着完善肠道功能的作用。乳的成分影响肠道的形态、消化、吸收和屏障功能。仔猪断奶是其生长过程中最具挑战性的阶段之一，通常伴随着生长性能降低和腹泻发生率增加的状况。断奶后，为了保证仔猪肠道的发育和生长性能，必须采取合适的营养供给。肠道发育异常是仔猪断奶后发病和死亡的重要原因之一[1]。断奶后，仔猪的营养供应发生了显著变化。也就是说，为了保持稳定的肠道构形和功能，仔猪必须处理难以消化的日粮[2]。肠道上皮细胞和免疫系统对机体的消化、吸收、屏障功能和体内稳态起着至关重要的作用。肠内营养物质与黏膜上皮细胞之间的复杂相互作用在仔猪健康稳态或调节中起着非常重要的作用[3-4]。营养不良可能导致肠道形态和功能的改变。由于断奶应激对肠道形态的不利影响，肠道功能可能不完整，导致消化能力、吸收能力、屏障能力和免疫能力下降[5]。这些功能对仔猪饲养过程中的肠道健康有直接影响。为了最大限度地减少断奶的不利影响及增加猪场经济效益，必须考虑适当的营养策略以最大限度地提高断奶仔猪的生长性能[6]。因此，维持肠道结构和功能的正常稳定是保障仔猪健康生长的一个极其重要的决定因素，并且也可降低仔猪腹泻的发生率并提高了生长性能。

适应含有复杂成分的教槽日粮是仔猪断奶期间所面临的首要挑战因素，因为在断奶前大多数营养物质是通过母猪的奶水进行供应[7]，固体饲料中的营养刺激肠道的进一步发展[8]。缺乏必需的营养成分可能导致肠道功能障碍，腹泻，生长性能疾病，甚至死亡[9]。虽然全世界都了解仔猪肠道疾病，但与营养成分影响有关的病理机制却没有得到充分的认识。此外，日粮成分对肠道功能的影响也是保护仔猪健康、提高生长性能的重要研究重點[10]。动物营养师致力于优化营养需求，氨基酸是断奶仔猪最常见的营养成分[11-12]。然而，在畜牧业生产中，需要更好地理解个别氨基酸，以满足仔猪的营养需求。对此，现综述不同氨基酸对仔猪尤其是断奶仔猪肠道发育的影响。

1 氨基酸对仔猪肠道健康的影响

仔猪肠道需要营养物质来支持并满足其生长发育及消化、吸收和黏膜屏障功能[13]。近年来，氨基酸被认为是促进仔猪肠道发育和健康的重要营养素。为了获得最佳的肠道功能，需要长绒毛的作用[14]。然而，高水平的大豆日粮中含有强烈的抗营养因子，可能会导致绒毛萎缩。低蛋白水平已被证明是改善断奶仔猪肠道结构和功能的营养策略，但可能导致氨基酸水平不足和仔猪生长性能受损的情况发生[15]。因此，必须平衡低蛋白日粮中的氨基酸含量，以避免氨基酸缺乏。

氨基酸具有多种营养和代谢功能。在营养方面，根据氨基酸在蛋白质合成中的作用，将其分为必需氨基酸和非必需氨基酸。然而，氨基酸在代谢中的关键调节作用一直被忽视。事实上，氨基酸及其代谢产物是细胞信号转导、基因表达和蛋白质翻译后修饰的调节因子，尤其是在肠道内[16-17]。日粮和血液中氨基酸之间的最佳平衡对于系统的稳态来说是必不可少的，而足够的氨基酸摄入量对于断奶仔猪的肠道生理特别重要[18]。因此，总结了单个氨基酸对仔猪肠道发育及断奶影响的最新进展。

1.1 精氨酸

猪组织中精氨酸的含量较高，在调节基因表达和细胞信号转导中起着重要作用。在日粮中添加适量精氨酸可显著改善猪的生长、泌乳和繁殖性能[19]。根据传统的氮平衡试验结果，认为仔猪可以合成足够数量的精氨酸，以满足其生理需要[20]。随着育种技术的进步，新品种的猪具有更强的生长潜力，更瘦的组织，可以繁殖更多的胎儿。因此，现代品种比过去需要更多的精氨酸。然而，目前的低蛋白饲料可能不能为猪的生长提供足够的精氨酸，特别是影响断奶仔猪的肠道发育、存活率和生长性能。

目前的研究已经认识到精氨酸是猪生产中各个阶段的一种必需氨基酸[21]。在基础日粮中添加精氨酸可提高猪品种的生长性能[22]。动物营养学家提出了添加更高水平精氨酸的日粮要求，以最大限度地提高猪的生长、母猪产奶量和胎儿存活率[23]。仔猪对饲料中精氨酸的含量非常敏感，严重缺乏精氨酸会很快导致高氨血症甚至死亡[24]。由于母猪乳中精氨酸相对缺乏，因此在仔猪中添加精氨酸可以显著提高血清精氨酸浓度，降低氨水平，增加仔猪体重。有研究表明，断奶前补充精氨酸可促进断奶后仔猪肠道的生长和发育[25]。这些数据进一步证明，足够的精氨酸在饲料中是必要的，以确保仔猪最佳的生长性能。断奶后仔猪采食量显著降低是典型日粮中精氨酸含量较低的表现。仔猪在日粮中能有效地利用瓜氨酸合成精氨酸。因此，在断奶日粮中添加精氨酸或等效的瓜氨酸可提高血清中精氨酸的浓度，提高猪的生长性能。断奶后在基础日粮中添加精氨酸可增加仔猪的体重和肠道发育，对改善仔猪的健康状况具有重要意义。

1.2 谷氨酸

谷氨酸被认为是一种非必需的氨基酸，但其在维持仔猪的生长和健康方面起着重要的作用[26]。谷氨酸是高度丰富的游离氨基酸，是基因表达和细胞信号传导的关键调节剂[27]。然而，在妊娠期、哺乳期和断奶期间喂食低蛋白饲料时，谷氨酸可能受到限制[28]。例如，日粮中添加谷氨酸可防止母猪在哺乳期间体重下降，并增加母乳中谷氨酰胺的含量[29]。在哺乳仔猪和断奶仔猪日粮中添加谷氨酸显著改善肠道形态和免疫功能，从而提高生长性能[30]。此外，日粮中添加谷氨酸可以减少内毒素刺激引起的猪骨骼肌损失[31]。因此，在日粮中添加足够的谷氨酸对改善仔猪的营养和健康具有重要意义。

谷氨酸是食品和动物组织中最丰富的氨基酸之一，占膳食蛋白质的5%～15%[17]。由于谷氨酸在代谢和生理上的巨大作用，其越来越受到营养学家的重视。特别是最近，谷氨酸已被确认为仔猪肠道和全身稳态中的一种营养必需氨基酸，有关断奶仔猪对谷氨酸营养需求的研究也越来越多[30]。在低蛋白日粮中添加谷氨酸能在不影响饲料转化率的情况下提高断奶仔猪的日增重[32]。这表明低蛋白日粮不能为断奶仔猪提供足够的谷氨酸。同樣，在断奶日粮中加入精氨酸可显著增加仔猪的采食量和日增重[33]。断奶仔猪肠道功能障碍是全世界养猪业面临的主要问题。为了使仔猪获得最佳肠道健康度和生长状态，断奶仔猪应至少获得与哺乳相对应的谷氨酸量。然而，仔猪断奶后第一周的饲料摄入量通常会迅速下降。因此，断奶仔猪日粮只能提供猪肠道发育所需氨基酸量的50%。显然，提高日粮中谷氨酸的含量对断奶仔猪的健康至关重要，这对于食用含有霉菌毒素日粮的仔猪尤为重要[34-35]。研究表明，断奶后添加谷氨酸可提高肠绒毛高度，增强上皮细胞增殖、分化和抗氧化的能力。此外，日粮中谷氨酸的剂量与断奶后仔猪腹泻的发生率呈负相关，提示谷氨酸能改善断奶仔猪的肠道健康和生长性能。

1.3 苏氨酸

在养猪生产中，低蛋白日粮不仅降低了养殖成本，而且减少了环境污染。用结晶氨基酸替代粗蛋白质可以在不影响猪生长性能的情况下降低日粮蛋白质水平[36]。苏氨酸是猪日粮中的第二限制性氨基酸，在维持仔猪肠黏膜完整性和屏障功能中起着关键作用[37]。在日粮中添加苏氨酸可减少消化酶的产生，增加肠道外周细胞通透性[38]。大多数食用苏氨酸用于肠道黏膜蛋白的合成，特别是黏蛋白的合成[39]。由于黏蛋白不被肠道消化和再利用，因此肠黏液分泌是苏氨酸的净损失。肠腔中苏氨酸的含量可影响肠黏液等蛋白质的合成。因此，断奶仔猪对苏氨酸的需求将增加，以维持肠道功能。苏氨酸在生理和病理条件下对改善仔猪肠道结构和形态是必不可少的。

以往的许多研究都集中在对苏氨酸的需求、功效和代谢方面[40]。近年来，许多研究者报道了苏氨酸代谢与仔猪肠道健康的关系[41]。断奶仔猪需要足够的苏氨酸来支持其最佳生长性能。然而，过量或缺乏苏氨酸会降低饲料的采食量和生长率，损害免疫功能。肠道具有多种功能，如消化和吸收营养，以及免疫防御病原体和毒素[42]。肠道功能在很大程度上依赖于形态结构的完整性，这种结构可以保护生物体免受有害物质的侵害[43]。影响肠黏膜完整性的因素很多。在这些因素中，苏氨酸对肠黏膜屏障功能的影响最为深远，对动物和人类健康至关重要。肠黏液是抵御病原体入侵的物理屏障。杯状细胞产生的黏液量是评估肠完整性的重要指标。实际的黏液生产难以直接测量，并且可以通过杯状细胞的数量间接估计。

2 讨论

了解肠道发育对营养的依赖性有助于营养学家为断奶仔猪提供最佳的营养支持。氨基酸是维持肠道形态和功能的重要功能营养素。对必需氨基酸的营养和生理功能的研究已经非常深入，有适合仔猪的推荐添加量。其中赖氨酸推荐含量为1.45%，精氨酸为0.68%，苏氨酸为0.88%[44]。仔猪断奶引起的肠道疾病是造成仔猪生产损失的主要原因。目前，抗生素仍是防治断奶应激综合征的主要手段。为了尽量减少抗生素使用对断奶仔猪的影响，有必要开发有效的抗生素替代品。断奶后用结晶氨基酸饲喂低蛋白饲料是改善仔猪肠道发育和健康的一种策略。

参考文献：

[1] Jayaraman B， Nyachoti C M. Husbandry practices and gut health outcomes in weaned piglets： A review[J]. Animal Nutrition， 2017， 3（3）： 205-211.

[2]  Lalles J， Bosi P， Smidt H， et al. Weaning - A challenge to gut physiologists[J]. Livestock Science， 2007， 108（1）： 82-93.

[3]  Chen H， Chen D， Qin W， et al. Wheat bran components modulate intestinal bacteria and gene expression of barrier function relevant proteins in a piglet model[J]. International Journal of Food Sciences and Nutrition， 2017， 68（1）： 65-72.

[4]  Ewaschuk J B， Murdoch G K， Johnson I R， et al. Glutamine supplementation improves intestinal barrier function in a weaned piglet model of Escherichia coli infection[J]. British Journal of Nutrition， 2011， 106（6）： 870-877.

[5]  Cheng M， Zhang X， Zhu J， et al. A metagenomics approach to the intestinal microbiome structure and function in high fat diet-induced obesity mice fed with oolong tea polyphenols[J]. Food & Function， 2018， 9（2）： 1079-1087.

[6]  Heo J M， Opapeju F O， Pluske J R， et al. Gastrointestinal health and function in weaned pigs： a review of feeding strategies to control post-weaning diarrhoea without using in-feed antimicrobial compounds[J]. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition， 2013， 97（2）： 207-237.

[7]  Den Brand H V， Soede N M， Kemp B， et al. Supplementation of dextrose to the diet during the weaning to estrus interval affects subsequent variation in within-litter piglet birth weight[J]. Animal Reproduction Science， 2006， 91（3）： 353-358.

[8]  Pluske J R， Kim J C， Hansen C F， et al. Piglet growth before and after weaning in relation to a qualitative estimate of solid （creep） feed intake during lactation： A pilot study[J]. Archives of Animal Nutrition， 2007， 61（6）： 469-480.

[9]  Hejazi S N， Orsat V. Optimization of the malting process for nutritional improvement of finger millet and amaranth flours in the infant weaning food industry[J]. International Journal of Food Sciences and Nutrition， 2017， 68（4）： 429-441.

[10]  Haenen D， Zhang J， Silva C S， et al. A Diet High in Resistant Starch Modulates Microbiota Composition， SCFA Concentrations， and Gene Expression in Pig Intestine[J]. Journal of Nutrition， 2013， 143（3）： 274-283.

[11]  Liu H ， Tan B ， Huang B ， et al. Involvement of calcium-sensing receptor activation in the alleviation of intestinal inflammation in a piglet model by dietary aromatic amino acid supplementation[J]. British Journal Of Nutrition， 2018：1-11.

[12]  Agus S ， Davis T A . Amino Acid- and Insulin-Induced Activation of mTORC1 in Neonatal Piglet Skeletal Muscle Involves Sestin2-GATOR2， Rag A/C-mTOR， and RHEB-mTOR Complex Formation[J]. The Journal of Nutrition， 2018， 148（6）：825-833.

[13]  Naberhuis J K ， Deutsch A S ， Tappenden K A . Teduglutide‐Stimulated Intestinal Adaptation Is Complemented and Synergistically Enhanced by Partial Enteral Nutrition in a Neonatal Piglet Model of Short Bowel Syndrome[J]. Jpen Journal of Parenteral & Enteral Nutrition， 2015， 41（12）：1009-1013.

[14] Bergesen O， Schjonsby H， Andersen K J， et al. Intestinal Epithelial Function and Villus Surface Area in Rats with Bile Fistulae[J]. Scandinavian Journal of Gastroenterology， 1987， 22（6）： 731-736.

[15]  Williams J M， Duckworth C A， Burkitt M D， et al. Epithelial Cell Shedding and Barrier Function A Matter of Life and Death at the Small Intestinal Villus Tip[J]. Veterinary Pathology， 2015， 52（3）： 445-455.

[16]  Zdraljevic S， Fox B W， Strand C， et al. Natural variation in C. elegans arsenic toxicity is explained by differences in branched chain amino acid metabolism[J]. eLife， 2019.

[17]  Mansilla W D， Silva K E， Zhu C， et al. Ammonia-Nitrogen Added to Low-Crude-Protein Diets Deficient in Dispensable Amino Acid-Nitrogen Increases the Net Release of Alanine， Citrulline， and Glutamate Post-Splanchnic Organ Metabolism in Growing Pigs[J]. Journal of Nutrition， 2018， 148（7）： 1081-1087.

[18]  Tomas A， Casellas J， Ramirez O， et al. High amino acid variation in the intracellular domain of the pig prolactin receptor （PRLR） and its relation to ovulation rate and piglet survival traits[J]. Journal of Animal Science， 2006， 84（8）： 1991-1998.

[19]  Wu G， Bazer F W， Johnson G A， et al. BOARD-INVITED REVIEW： Arginine nutrition and metabolism in growing， gestating， and lactating swine[J]. Journal of Animal Science， 2018， 96（12）： 5035-5051.

[20]  Anderson L C， Lewis A J， Peo E R， et al. Effects of excess arginine with and without supplemental lysine on performance， plasma amino acid concentrations and nitrogen balance of young swine[J]. Journal of Animal Science， 1984， 58（2）： 369-377.

[21]  Didelija I C， Mohammad M A， Marini J C， et al. Ablation of Arginase II Spares Arginine and Abolishes the Arginine Requirement for Growth in Male Mice[J]. Journal of Nutrition， 2017， 147（8）： 1510-1516.

[22]  Peine J L， Jia G， Van Emon M L， et al. Effects of maternal nutrition and rumen-protected arginine supplementation on ewe performance and postnatal lamb growth and internal organ mass[J]. Journal of Animal Science， 2018， 96（8）： 3471-3481.

[23]  Gao T， Zhao M， Zhang L， et al. Effect of in ovo feeding of l-arginine on the hatchability， growth performance， gastrointestinal hormones， and jejunal digestive and absorptive capacity of posthatch broilers[J]. Journal of Animal Science， 2017：3079-3092.

[24]  Magdalena M Zielińska， Ruszkiewicz J J ， Hilgier W W ， et al. Hyperammonemia increases the expression and activity of the glutamine/arginine transporter y+ LAT2 in rat cerebral cortex： implications for the nitric oxide/cGMP pathway[J]. Neurochemistry International， 2011， 58（2）：190-195.

[25]  Dai Z， Li X， Xi P， et al. Regulatory role for l -arginine in the utilization of amino acids by pig small-intestinal bacteria[J]. Amino Acids， 2012， 43（1）： 233-244.

[26]  Xi Q ， Umstot E ， Zhao G ， et al. Glutamate regulates Ca2+ signals in smooth muscle cells of newborn piglet brain slice arterioles through astrocyte- and heme oxygenase-dependent mechanisms[J]. AJP Heart and Circulatory Physiology， 2009， 298（2）：H562-9.

[27]  Xi Q， Tcheranova D， Basuroy S， et al. Glutamate-induced calcium signals stimulate CO production in piglet astrocytes[J]. AJP Heart and Circulatory Physiology， 2011， 301（2）：H428-33.

[28]  Cabrera R A ， Usry J L ， Arrellano C ， et al. Effects of creep feeding and supplemental glutamine or glutamine plus glutamate （Aminogut） on pre-and post-weaning growth performance and intestinal health of piglets[J]. Journal of Animal Science and Biotechnology， 2013， 4（1）：29.

[29]  Hou Y， Wu G. l -Glutamate nutrition and metabolism in swine[J]. Amino Acids， 2018， 50（11）： 1497-1510.

[30]  Li X， Sui W G， Gao C， et al. L-Glutamate deficiency can trigger proliferation inhibition via down regulation of the mTOR/S6K1 pathway in pig intestinal epithelial cells[J]. Journal of Animal Science， 2016， 94（4）： 1541-1549.

[31]  Donnerer J， Liebmann I. Evidence for opioid-induced release of glutamate in guinea pig longitudinal muscle-myenteric plexus strip[J]. Neuroscience Letters， 2009， 462（2）： 118-120.

[32]  Duan J， Yin J， Ren W， et al. Dietary supplementation with l-glutamate and l-aspartate alleviates oxidative stress in weaned piglets challenged with hydrogen peroxide[J]. Amino Acids， 2016， 48（1）： 53-64.

[33]  Yin J， Liu M， Ren W， et al. Effects of Dietary Supplementation with Glutamate and Aspartate on Diquat-Induced Oxidative Stress in Piglets[J]. PLOS ONE， 2015， 10（4）.

[34]  Nakajima Y， Iguchi H， Kamisuki S， et al. Low doses of the mycotoxin citrinin protect cortical neurons against glutamate-induced excitotoxicity[J]. Journal of Toxicological Sciences， 2016， 41（2）： 311-319.

[35]  Duan J， Yin J， Wu M， et al. Dietary glutamate supplementation ameliorates mycotoxin-induced abnormalities in the intestinal structure and expression of amino acid transporters in young pigs[J]. PLOS ONE， 2014， 9（11）.

[36]  Liu X T， Ma W F， Zeng X F， et al. Estimation of the standardized ileal digestible valine to lysine ratio required for 25 to 120 kilogram pigs fed low crude protein diets supplemented with crystalline amino acids[J]. Journal of Animal Science， 2015， 93（10）： 4761-4773.

[37]  Zhang H， Chen Y， Li Y， et al. l-Threonine improves intestinal mucin synthesis and immune function of intrauterine growth-retarded weanling piglets[J]. Nutrition， 2019： 182-187.

[38]  Dong X Y， Azzam M M， Zou X T， et al. Effects of dietary threonine supplementation on intestinal barrier function and gut microbiota of laying hens[J]. Poultry Science， 2017， 96（10）： 3654-3663.

[39]  Bortoluzzi C， Rochell S J， Applegate T J， et al. Threonine， arginine， and glutamine： Influences on intestinal physiology， immunology， and microbiology in broilers[J]. Poultry Science， 2018， 97（3）： 937-945.

[40]  Doepel L， Hewage I I， Lapierre H， et al. Milk protein yield and mammary metabolism are affected by phenylalanine deficiency but not by threonine or tryptophan deficiency[J]. Journal of Dairy Science， 2016， 99（4）： 3144-3156.

[41]  Der Sluis M V， Schaart M W， De Koning B A， et al. Threonine metabolism in the intestine of mice： loss of mucin 2 induces the threonine catabolic pathway[J]. Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition， 2009， 49（1）： 99-107.

[42]  Mcgilvray W D， Wooten H， Rakhshandeh A R， et al. Immune system stimulation increases dietary threonine requirements for protein deposition in growing pigs[J]. Journal of Animal Science， 2019， 97（2）： 735-744.

[43]  Banerjee A， Mckinley E T， Von Moltke J， et al. Interpreting heterogeneity in intestinal tuft cell structure and function[J]. Journal of Clinical Investigation， 2018， 128（5）： 1711-1719.

[44]  Usa N C. Nutrient requirements of swine[J]. Nutrient Requirements of Swine， 2012， 44（3）.