豬對(duì)“非必需氨基酸”的營(yíng)養(yǎng)需要

■ 伍國(guó)耀 武振龍 戴兆來 楊 鷹 王薇薇劉 闖 王 斌 王軍軍 印遇龍

(1.德克薩斯州農(nóng)工大學(xué)動(dòng)物科學(xué)系，德克薩斯州，美國(guó) 77843；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；3.中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與健康實(shí)驗(yàn)室和農(nóng)業(yè)生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，湖南長(zhǎng)沙 410125)

提供足夠的日糧AA是動(dòng)物健康、生長(zhǎng)、發(fā)育和存活必不可少的?；谪i的生長(zhǎng)或者氮平衡，傳統(tǒng)上把AA分為必需氨基酸(EAA)和非必需氨基酸(NEAA)(見表1)。EAA是其碳骨架在動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)不能合成或合成速度不能滿足最佳生長(zhǎng)、發(fā)育和健康需要，必須由飼糧提供來滿足動(dòng)物需要的氨基酸。相反，NEAA是在動(dòng)物體內(nèi)能夠充足合成且可以滿足動(dòng)物維持、生長(zhǎng)、發(fā)育和健康需要的氨基酸，因此，不需要通過日糧提供。迄今為止，沒有令人信服的證據(jù)證明在豬營(yíng)養(yǎng)中未被納入EAA類的所有氨基酸能夠在其體內(nèi)充足的合成。顯然地，EAA和NEAA術(shù)語(yǔ)的定義是存在問題的。然而，在“非必需營(yíng)養(yǎng)”理念的指導(dǎo)下，養(yǎng)豬生產(chǎn)者在日糧配方中長(zhǎng)期忽視NEAA。本文的主要目的是引起讀者們注意NEAA的定義在理論和實(shí)踐上的局限性。

表1 豬營(yíng)養(yǎng)中將AA分為EAA和NEAA的傳統(tǒng)分類

1 NEAA營(yíng)養(yǎng)的生理作用

AA在動(dòng)物生理上有多個(gè)角色(圖1)。首先，AA調(diào)節(jié)基因表達(dá)（翻譯基因編碼為核糖核酸和蛋白質(zhì))，核糖核酸RNA，包含信使、轉(zhuǎn)錄和核糖體RNA。這是一種高度特異性過程：一種基因在其特異性調(diào)節(jié)因子作用下被打開或關(guān)閉。除了作為蛋白質(zhì)合成的底物，AA可影響以下步驟的一個(gè)或多個(gè)：染色質(zhì)修飾(DNA復(fù)合物和覆蓋蛋白質(zhì)，例如組蛋白)、轉(zhuǎn)錄(從DNA合成mRNA)、轉(zhuǎn)錄后修飾、RNA轉(zhuǎn)運(yùn)、mRNA降解、翻譯(從mRNA合成蛋白質(zhì)/多肽)和翻譯后修飾。研究最多的4個(gè)NEAA是精氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸和脯氨酸。例如，精氨酸激活雷帕霉素靶蛋白 (MTOR)信號(hào)途徑，刺激仔豬肌肉蛋白的合成。同樣，我們關(guān)于在早期斷奶仔豬日糧中補(bǔ)充或不補(bǔ)充谷氨酰胺的基因芯片研究結(jié)果表明：早期斷奶導(dǎo)致與氧化應(yīng)激和免疫激活相關(guān)基因的表達(dá)增加(52%～346%)，但是與營(yíng)養(yǎng)素代謝和腸道細(xì)胞增殖有關(guān)的基因表達(dá)卻降低(35%～77%)。日糧中補(bǔ)充谷氨酰胺增加了(120%～124%)細(xì)胞生長(zhǎng)和去除氧化劑所必需的相關(guān)基因在腸道的表達(dá)，降低了(34%～75%)促進(jìn)氧化應(yīng)激和免疫激活的基因的表達(dá)。另外，谷氨酰胺加強(qiáng)了骨骼肌和小腸中MTOR信號(hào)和蛋白質(zhì)的合成。這些發(fā)現(xiàn)揭示了斷奶會(huì)引起某些基因表達(dá)的變化，并在分子機(jī)制上解釋了日糧中補(bǔ)充谷氨酰胺有助于改善幼齡哺乳動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)狀況這一現(xiàn)象。

圖1 NEAA在豬上的生理功能

第二，NEAA調(diào)節(jié)一氧化氮(NO)、一氧化碳(CO)和硫化氫(H2S)的合成，這些物質(zhì)通過cGMP和cAMP的產(chǎn)生參與在細(xì)胞中的信號(hào)氣體途徑，從而加強(qiáng)血液流量、營(yíng)養(yǎng)運(yùn)輸、蛋白質(zhì)沉積和免疫功能。特別是，甘氨酸是血紅素的前體，其氧化產(chǎn)生CO，而胱氨酸是H2S產(chǎn)生的底物。精氨酸通過NO合成酶(NOS)三個(gè)異構(gòu)體中的一個(gè)合成NO，三個(gè)異構(gòu)體為：神經(jīng)元NOS(nNOS；也被稱為 NOS1)，可誘導(dǎo)NOS(iNOS；也被稱為 NOS2)和內(nèi)皮 NOS(eNOS；也被稱為NOS3)。許多NEAA被報(bào)道通過細(xì)胞依賴性方式調(diào)節(jié)NO、CO和H2S的產(chǎn)生。例如，精氨酸、瓜氨酸、谷氨酸、甘氨酸、?；撬岷挺?氨基丁酸通過在內(nèi)皮細(xì)胞或者腦中的組成型NO合成酶增加NO的合成，但是谷氨酰胺卻通過組成型NO合成酶和誘導(dǎo)型NO合成酶兩種方式調(diào)制NO的產(chǎn)生。此外，精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、丙氨酸、?；撬岷透拾彼嵬ㄟ^內(nèi)皮細(xì)胞核非血管組織的血紅素加氧酶促進(jìn)CO的合成，但是N-乙?；?半胱氨酸減少受損的腦和血管平滑肌細(xì)胞中CO的形成。因此，NO、CO和H2S產(chǎn)生不足將會(huì)損害整個(gè)機(jī)體胰島素的敏感性和降低營(yíng)養(yǎng)素用于蛋白質(zhì)在組織中沉積的效率。

第三，NEAA(例如精氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺和脯氨酸)參與細(xì)胞信號(hào)途徑包括MTOR、依賴cAMP的蛋白激酶、依賴cGMP的蛋白激酶、G-蛋白偶聯(lián)受體、AMP激活蛋白激酶（AMPK）、有絲分裂原活化蛋白激酶(MAPK)。這是一個(gè)復(fù)雜的代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，但是他們都受蛋白磷酸化和蛋白去磷酸化機(jī)制調(diào)節(jié)。這些途徑還涉及在細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中的各種蛋白質(zhì)的活化，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞活動(dòng)的生理過程，包括：基因表達(dá)；營(yíng)養(yǎng)代謝；細(xì)胞增殖、分化和遷移；有絲分裂和細(xì)胞存活；細(xì)胞循環(huán)周期；細(xì)胞存活和凋亡；炎癥反應(yīng)。

第四，NEAA是合成許多具有重要功能的含氮物質(zhì)的底物。表2列出了這些生物活性分子中的一部分，包括肌酸，谷胱甘肽、神經(jīng)遞質(zhì)和低分子量的激素。這些物質(zhì)是豬生長(zhǎng)、泌乳、繁殖、健康和存活所必需的。如：①營(yíng)養(yǎng)素的吸收和代謝[例如：養(yǎng)分運(yùn)輸、蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)、脂肪合成和氧化、葡萄糖合成和氧化、氨基酸合成和氧化、氨解毒作用(合成尿素和尿酸)、食物利用效率]；②調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的功能、血流量、淋巴循環(huán)以及免疫功能和健康(例如：T-細(xì)胞增殖和B-細(xì)胞成熟、B-細(xì)胞產(chǎn)生抗體、殺滅病原體、肥胖、糖尿病和代謝綜合癥)；③精子的產(chǎn)生、雄性的繁殖力、排卵，卵巢甾體激素合成，胚胎植入和存活、胎盤血管生成和生長(zhǎng)，胎兒的生長(zhǎng)發(fā)育和泌乳能力；④酸堿平衡、神經(jīng)傳導(dǎo)，細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)的滲透壓，抗氧化防御和體內(nèi)平衡；⑤產(chǎn)后的存活、生長(zhǎng)和發(fā)育，以及組織再生和重塑。

表2 NEAA在營(yíng)養(yǎng)和代謝上的主要代謝產(chǎn)物和功能

2 日糧NEAA的需要

日糧NEAA的需要應(yīng)根據(jù)所有AA在維持、組織蛋白合成、生理上重要的非蛋白代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生和它們的調(diào)節(jié)功能的代謝需要等方面來確定。因此，日糧NEAA的需要可能隨著營(yíng)養(yǎng)、生理、病理和環(huán)境因素變化而不同，應(yīng)該包含在“理想蛋白質(zhì)”理論里(圖2)。Deng等報(bào)道，雖然幼齡仔豬日糧中含有相同數(shù)量的EAA，日糧中NEAA的不足會(huì)使豬的組織蛋白合成和生長(zhǎng)性能受到限制(表3)。盡管認(rèn)可NEAA在動(dòng)物生長(zhǎng)、泌乳、繁殖和健康方面具有重要的作用，但是最新版本的美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)（NRC）豬營(yíng)養(yǎng)需要并沒有在豬任何生長(zhǎng)階段的日糧需要中推薦NEAA。NRC表明，豬具有足夠合成NEAA的能力。然而，最近的研究證據(jù)與這個(gè)理念是不一致的。此外，動(dòng)物機(jī)體NEAA的合成非常依賴昂貴蛋白質(zhì)原料中EAA的含量，在生產(chǎn)上為了降低成本而給豬飼喂普通的日糧，其EAA并不一定能用來合成充足的NEAA。這就說明根據(jù)AA代謝領(lǐng)域新發(fā)展的最新的知識(shí)推薦AA需要量而保證日糧中NEAA的需要是非常重要的。

圖2 推薦豬日糧NEAA的需要來修正“理想蛋白質(zhì)”概念

表3 低蛋白日糧缺乏NEAA限制了仔豬(25～39 d)組織蛋白質(zhì)的合成和生長(zhǎng)

事實(shí)上，一些AA在體內(nèi)的合成會(huì)消耗大量的能量來體現(xiàn)它們?cè)谏砩系闹匾?。因此，這些AA在體內(nèi)的從頭合成途徑已經(jīng)發(fā)生演變或者高度保守。此外，所有的NEAA經(jīng)過代謝轉(zhuǎn)換后而具有重要的生理功能。例如，出生后的仔豬的血漿中通常含有高濃度的(～1 mM)甘氨酸在刺激仔豬快速生長(zhǎng)方面具有重要的作用，早期妊娠豬尿囊液中豐富的精氨酸(達(dá)到6 mM)促進(jìn)胎盤生長(zhǎng)和胎兒發(fā)育。因此，有令人信服的證據(jù)表明，日糧中NEAA不足會(huì)影響豬的免疫和生產(chǎn)性能。例如，最近的研究表明：①日糧必須含有足夠量的精氨酸和谷氨酰胺來維持豬在胎兒期、新生兒期和斷奶后的生長(zhǎng)和抗病能力；②日糧補(bǔ)充脯氨酸或者谷氨酸可提高早期斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能和飼料效率。根據(jù)奶蛋白基礎(chǔ)日糧中苯丙氨酸在體內(nèi)氧化的數(shù)據(jù)，Ball等建議將脯氨酸作為幼齡仔豬的EAA。

豬日糧NEAA的需要量應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)者們期望的豬的生長(zhǎng)和生產(chǎn)性能水平來推薦。根據(jù)已發(fā)表的研究，表4列出了我們用傳統(tǒng)的玉米-豆粕型基礎(chǔ)日糧飼喂懷孕、泌乳母豬以及斷奶仔豬和生長(zhǎng)-育肥豬時(shí)的精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸的推薦量。當(dāng)使用新原料時(shí)，應(yīng)確定其在不同發(fā)育階段豬上的日糧AA的真消化率?？梢酝ㄟ^添加合成AA或者含有豐富的EAA和NEAA的動(dòng)物源產(chǎn)品來補(bǔ)充NEAA，從而滿足動(dòng)物的需要。表5列出了不同原料中的各種AA組成成分，便于在配制日糧配方時(shí)滿足所有AA包括EAA和NEAA的需要。

表4 豬日糧中NEAA需要的推薦量(%)(以干物質(zhì)為基礎(chǔ)，玉米-豆粕型基礎(chǔ)日糧)

表5 飼料原料中總AA的組成(%,以干物質(zhì)為基礎(chǔ))

3 結(jié)論

將AA分為EAA和NEAA的傳統(tǒng)分類法在豬蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)上存在著概念上的限制。遺憾的是最新版的NRC仍然沒有提供豬NEAA的日糧需要推薦量。然而，新的證據(jù)表明被傳統(tǒng)分類為NEAA的氨基酸，尤其是谷氨酰胺、谷氨酸、脯氨酸和精氨酸在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平調(diào)控基因表達(dá)中發(fā)揮了重要的作用。人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到NEAA通過MTOR,AMPK、MAPK和氣體(NO、CO和H2S)參與細(xì)胞信號(hào)途徑。這些調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的完全整合對(duì)細(xì)胞增殖、分化、代謝、平衡、生存和功能具有重大的影響。因此，經(jīng)典的“理想蛋白質(zhì)”概念應(yīng)該包含EAA和NEAA，從而在全球畜牧業(yè)上提高豬利用飼料的效率及其生產(chǎn)性能。

（參考文獻(xiàn)42篇，刊略，需者可函索）