N-氨甲酰谷氨酸在猪生产中的研究进展

周 苗，范馨尹，康 萌

（湖南农业大学动物科学技术学院，湖南 长沙 410128）

N-氨甲酰谷氨酸（N-carbamylglutamate,NCG）是N-乙酰谷氨酸（N-acetylglutamate, NAG）的结构类似物，分子式为C6H10N2O5，分子量为190.15，结构如图1[1]。在动物体内NCG可以替代NAG诱导内源性精氨酸合成链中第一限速酶（氨基甲酰磷酸合酶-1）产生活性，从而促进精氨酸的内源合成，并且具有半衰期较长、代谢稳定、安全性高、来源充足、成本较低及与其他氨基酸无拮抗作用等优点[2-3]。大量研究表明，NCG具有促进动物生长发育[4]、提高雌性动物产仔数及胎儿发育[5]、改善胃肠道健康[6]、增强免疫力和抗病力[7]等作用，并已于2014年被我国农业农村部批准为新型畜禽饲用添加剂，具备良好的应用推广前景。本文旨在对NCG的主要生理功能及其在猪生产中的研究结果进行总结归纳，并对其潜在的可能机制进行探讨，以期为NCG进一步研究及推广应用提供理论基础。

图1 氨基甲酰谷氨酸的化学结构

1 NCG的生理功能

1.1 抗氧化

动物机体易被多种因素诱导产生过量自由基，自由基超过动物自身清除能力，就会引起动物产生一系列病理反应，降低生产性能，甚至危及生命[8]。通过衡量总抗氧化能力（T-AOC）及过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSHPx）、超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）水平等指标可以反映机体氧化还原平衡状态。马巍等[9]在夏寒杂交公羊饲粮中添加0.12% NCG后，结果显示其血清MDA含量显著降低（P＜0.05），表明NCG能够提高机体脂质过氧化系统抗氧化能力。研究发现，NO能够促进机体清除超氧化物、羟基自由基及过氧化氢[10]，而NCG可以显著提高产蛋后期京红1号商品蛋鸡血浆、盲肠、十二指肠的NO含量，增强血浆一氧化氮合成酶（NOS）活力及T-SOD的活力（P＜0.05）[11]。赵相洋等[12]发现，NCG能提高荷斯坦雌性奶牛血清T-AOC、GSH-Px水平，降低MDA含量（P＜0.05），并且在一定剂量范围内呈剂量依赖关系，表明NCG可以有效提高奶牛抗氧化能力。此外，NCG能显著提高哺乳仔兔血清T-AOC、断奶仔兔血清SOD、GSH-Px[13]及肝脏T-SOD 活力[14]（P＜0.05）。综上，NCG可以通过提高机体多种组织的抗氧化酶水平及活性，降低脂质过氧化代谢产物MDA水平，并促进内源性精氨酸合成及其下游产物NO的生成，从而增强动物机体的抗氧化能力。

1.2 增强免疫能力

动物正常免疫器官指数及机体免疫球蛋白水平在一定范围内越高，在一定程度上表明其免疫能力越强。冯玉祥[2]使用NCG灌服昆明小鼠14 d后发现，小鼠胸腺指数和脾脏指数、血清干扰素（IFN-γ）、免疫球蛋白-G（IgG）及小肠黏膜分泌型免疫球蛋白A（sIgA）水平得到显著提高（P＜0.05），表明NCG可以增强小鼠免疫功能。王庆争[15]发现，NCG可以显著提高伊拉幼兔血清白介素-2（IL-2）及空肠和回肠IL-2 基因的表达（P＜0.05）。黄雅莉等[16]发现，NCG能增强三黄鸡免疫能力，提高其血清IgA、IgG、IgM水平。此外，有研究表明NCG可以增强仔猪对大肠杆菌的耐受能力，提高感染蓝耳病的经产母猪的免疫能力，改善机体IgG、IgM及蓝耳病病毒抗体水平，降低蓝耳病病毒对母猪繁殖能力的影响[17-18]。

1.3 改善胃肠道健康

胃肠道是动物重要的消化及免疫器官，其健康状况尤为重要。吴晓峰[19]发现，NCG可以提高荷斯坦奶牛瘤胃乙酸、丙酸和丁酸及总挥发性脂肪酸浓度，并降低氨态氮含量，提高微生物蛋白含量（P＜0.05），表明NCG可以改善瘤胃发酵，与任利圆的试验结果基本一致[20]。此外，孙雪丽等[21]发现NCG能降低甲烷球菌属、甲烷丝状菌属等产甲烷古菌属的丰度，显著降低甲烷排放量（P＜0.05）。肠道绒毛高度（VH）、隐窝深度（CD）及其比值（V/C）等形态结构参数是衡量肠道状况的重要指标，有研究发现，NCG可以维持氧化应激状态下小鼠肠道的VH、CD及绒毛面积[22]。王庆争发现，NCG对肉兔肠道形态也有改善作用，能提高小肠VH和V/C、降低CD，同时增强空、回肠屏障蛋白Occludin、ZO-1的表达（P＜0.05）；在菌群调节方面，NCG可以增加肉兔盲肠菌群多样性，提高有益菌厚壁菌门菌群丰度，降低拟杆菌门、疣微菌门丰度。Zhang等[23]发现，NCG可以促进宫内发育迟缓乳羔羊十二指肠绒毛杯状细胞增殖，提高VH和V/C，并降低回肠坏死率（P＜0.05）。总之，NCG可以维护肠道形态结构完整性及促进绒毛发育，同时还能调控胃肠道微生物区系，提高有益菌含量。

1.4 提高繁殖性能

大量研究表明，NCG能够促进胎儿发育、提高动物生殖效率[5]。Ma等[24]发现，1% NCG可以上调卵巢血管生成和细胞增殖相关基因的表达，下调凋亡相关基因的表达，提高血浆氨基酸和NO水平，促进卵巢血管生成，从而加快卵泡生长发育。Feng等[25]发现，NCG可能直接影响猪的卵泡功能，而且对不同阶段卵泡效果不同，NCG能抑制直径大于5 mm卵泡的颗粒细胞自身和促卵泡素（FSH）诱导的黄体酮（P4）和雌二醇（E2）产生，但可以促进细胞增殖；降低经胰岛素样生长因子-1（IGF1）加FSH处理的卵泡（直径小于5 mm）颗粒细胞合成P4，而不影响E2生成及细胞增殖。饲喂NCG可以增加子宫中精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸的水平，可以在胚胎着床期间增强信号转导和刺激转录激活因子3、蛋白激酶B和70-kDa核糖体蛋白S6激酶的表达，增加产仔数[26]。NCG对胎盘功能的影响可能源于对胎盘滋养层的直接影响，研究发现NCG能抑制胎盘滋养层中CYP1A1、CYP19A1和CASP3的表达，提高CCDN1和CDK4的表达，减少胎盘滋养层孕酮、雄烯二酮、睾酮和E2的产生，促进胎盘滋养层细胞增殖，从而调节胎盘功能[27]。Sun等[28]发现，NCG通过调节胚胎组织中氨基酸的浓度和胎儿生长激素轴相关蛋白的基因表达，提高胎儿胰岛素、IGF1、氨基酸及乳酸盐水平，改善了胎儿内分泌的代谢稳态、增强了胎儿对氨基酸等营养物质的利用，从而提高胎儿均匀度。Zhang等[29]发现，给母羊补充NCG可显著改善营养受限母羊母体和胎儿血浆以及胎儿尿囊液和羊水中氨基酸和多胺的浓度，增加了胚胎中氨基酸的可获得性，降低了宫内发育不良羔羊的发生率。此外，母体补充NCG能显著提高子代初生重[30]。NCG改善母体繁殖性能主要是通过调控相关基因表达控制GnRH合成和释放控制下游激素水平，促进相关组织细胞增殖发育，同时增加胚胎氨基酸等营养物质摄取等途径发挥作用[31]。

2 NCG在猪生产中的应用

2.1 种猪

种猪生产力是生猪生产的基础，近年研究表明，NCG对种猪繁殖性能有积极作用。Zhu等[32]发现，头胎母猪妊娠前期补充NCG后，上调整合素-av、整合素-b3、内皮型一氧化氮合酶（eNOS）3种与胚胎着床和发育密切相关的蛋白质表达，能显著增加妊娠14 d和28 d胚胎着床数和胚胎存活数，显著降低胚胎死亡率（P＜0.05）。Zhang等[33]也发现头胎母猪妊娠期一直使用NCG可以提高产活仔数和窝均初生重（P＜0.05），可能与上调绒毛尿囊膜eNOS、血管内皮生长因子A（VEGF-A）、胎盘生长因子和血管生成素-2基因表达有关。在经产母猪妊娠后期及泌乳期补充NCG可以改善母猪血浆部分氨基酸浓度、提高窝产总仔数和活仔数、仔猪初生重，降低死胎率和弱仔率（P＜0.05）[34]；改善母猪泌乳量、增加母猪血清白蛋白、IgM和IgG水平，增加哺乳仔猪日增重、断奶窝重及个体重（P＜0.05）[35]，与刘星达等[36]在早年的试验结果类似。在公猪方面，补充NCG可以缩短射精反应时间、提高射精持续时间、增加射精量（P＜0.05），同时提高精子活率及精浆总蛋白和精液T-AOC、GSH-Px、SOD含量，降低畸形精子比例（P＜0.05），表明NCG可以提高公猪繁殖性能，这可能与公猪血清FSH、LH及睾酮含量升高有关[37-38]。

2.2 仔猪

功能性添加剂是提高仔猪培育成功率的重要措施之一，NCG也有利于仔猪健康。给幼龄哺乳仔猪灌服NCG，可以提高仔猪日增重、血清瓜氨酸和精氨酸水平，上调小肠氨甲酰磷酸合酶1表达，促进内源性精氨酸和背最长肌、腓肠肌等肌肉蛋白质合成[39]；提高心脏、肝脏、脾脏、肾脏、胃的相对重量，促进脏器发育[40]。在断奶仔猪饲粮中补充NCG可以促进蛋白质和磷的消化吸收，利于内源性精氨酸合成，提高日增重、日采食量，降低料重比，同时改善腹泻状况，提高生长性能[41-42]。NCG对仔猪促生长作用可能与上调仔猪肠道SNAT2、质子耦合氨基酸转运蛋白1、钙感应受体、磷脂酶Cβ2和味觉受体1家族成员3等氨基酸转运载体相关mRNA的表达有关，进而激活机体相关氨基酸等营养物质感应及吸收通路，提高部分氨基酸的利用[43]。此外NCG可以促进断奶仔猪小肠生长，提高十二指肠、空肠和回肠VH和黏膜厚度，促进杯状细胞增殖，可能是通过上调与上皮细胞增殖有关基因表达，如VEGF和β-连环蛋白[44-45]。NCG还能调节肠道菌群结构，提高有益菌数量，促进仔猪肠道健康[46]。

2.3 生长肥育猪

研究表明，NCG可以提高肥育猪日增重和低蛋白质饲粮表观消化率[47]，同时血清精氨酸、蛋氨酸、丝氨酸、组氨酸、谷氨酰胺及甲状腺素、生长激素、胰岛素、类胰岛素生长因子2水平得到提高，E2和皮质醇水平降低[48-49]，孔祥书等[50]使用不同水平NCG饲喂杜长大生长肥育猪发现，NCG可以显著提高日增重，降低料重比，改善饲料报酬，提高经济效益，以0.1%添加量最具性价比（P＜0.05），预估每年能帮助十万头猪场提高500余万元经济效益。NCG还能降低背膘厚度、增加眼肌面积，改善胴体品质。随着国民生活水平的提高，猪肉品质及营养越来越被重视。赵元等[51]发现，NCG可以提高肥育猪肌肉肌内脂肪含量、大理石花纹评分，降低背最长肌滴水损失。Ye等[52]报道使用NCG可以生产富含亮氨酸的功能性猪肉，并改善猪肉不饱和脂肪酸（PUFA）成分种类。湖南农业大学张彬团队发现，NCG可以减少宁乡猪背侧皮下脂肪沉积，降低背最长肌剪切力，改善猪肉嫩度，同时改善猪肉脂肪及脂肪酸沉积，提高背最长肌油酸、α-亚麻酸、泡桐酸及肾周脂肪中硬脂酸含量，降低花生四烯酸和PUFA含量，提升宁乡猪猪肉品质[53]。

3 小结与展望

利用NCG作为内源性精氨酸合成的外源前体物质，有效缓解了精氨酸直接添加成本过高的问题，并且具有添加剂量小、作用时间长、代谢稳定、生猪生产全程使用作用明显等优点，在提高种猪繁殖性能、维护猪群健康、促进生长发育、改善猪肉品质等方面功效良好，是一种极具推广应用价值的新型饲料添加剂。但NCG在生产工艺、作用机理及应用推广范围等方面还需要不断优化，以推动NCG进一步研究及应用推广。