功能性氨基酸對豬胎盤血管生成及繁殖性能影響的研究進展

王舒琪 羅瑾熹 杜俊源 譚成全

(華南農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，國家生豬種業(yè)工程技術(shù)研究中心，廣州 510642)

長期以來，育種工作者對母豬繁殖性狀的定向選擇導致母豬產(chǎn)仔數(shù)逐步提高，但實際生產(chǎn)中的仔豬存活率卻未得到相應的大幅改善，其原因在于影響仔豬存活率的因素眾多且作用機制復雜，這意味著現(xiàn)代高產(chǎn)母豬繁殖力還有待進一步提升。造成仔豬死亡率高的2個重要因素包括：仔豬個體初生重低和仔豬初生重整齊度差。對“高產(chǎn)”性狀的偏好，使胎豬數(shù)量超過了母豬子宮承受力，限制了胎豬獲取充足的營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的能力，易造成其生長發(fā)育異常，因此，仔豬平均初生體重降低。而胎兒間的競爭激烈導致營養(yǎng)物質(zhì)獲得存在差異，仔豬間初生體重的整齊度差異也越來越大[1]。此外，母豬窩產(chǎn)仔數(shù)越多，產(chǎn)程越長，死胎的風險也就越大[2]。

仔豬宮內(nèi)發(fā)育遲緩(intrauterine growth retardation，IUGR)等病態(tài)妊娠不僅降低了母豬生產(chǎn)力，而且可引發(fā)和加劇仔豬的福利問題[3]。研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生仔豬IUGR現(xiàn)象的最根本原因是母豬胎盤功能不全[4]。妊娠期間，胎豬生長發(fā)育的所有生理活動均需要靠胎盤維持，而胎盤功能的完整程度與胎盤血管的正常發(fā)育有著非常緊密的聯(lián)系[5]。因此，從改善胎盤血管生成的角度出發(fā)，研究并探索有效的促進胎豬發(fā)育的營養(yǎng)方案，不僅對提升母豬生產(chǎn)性能現(xiàn)狀具有重要學術(shù)價值，而且有利于減少妊娠母豬的妊娠損失，進一步促進現(xiàn)代生豬養(yǎng)殖行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文聚焦胎盤血管生成的營養(yǎng)調(diào)節(jié)策略，首先介紹了胎盤血管生成對胎豬發(fā)育的重要性及其關(guān)鍵調(diào)控因子，最后綜述了功能性氨基酸促進胎盤血管生成以促進胎豬發(fā)育的可能性，以期為提高胎盤效率、降低妊娠并發(fā)癥和減少IUGR現(xiàn)象提供參考依據(jù)和技術(shù)支持。

1 胎盤血管生成對胎豬生長發(fā)育的意義

1.1 胎盤血管生成異常易引發(fā)IUGR

IUGR是指胎兒在母體子宮內(nèi)發(fā)育時未達到其遺傳生長潛能，胎兒大小異常。這往往是由子宮容量不足和胎盤功能不全引起的，最終導致胎兒在圍產(chǎn)期的發(fā)病率和死亡率較高，且仔豬初生體重偏低導致后期的生長發(fā)育受到限制[6]。豬作為多胎動物，其子宮和胎盤對胎兒的供給通常比較吃力，因此很容易發(fā)生自然IUGR[7]。隨著近年來育種技術(shù)和飼養(yǎng)管理水平的提高，母豬產(chǎn)仔數(shù)越來越多，平均產(chǎn)仔窩重增加，但窩內(nèi)初生重變異系數(shù)的上升加劇了此現(xiàn)象的發(fā)生[8]。IUGR仔豬隨著年齡增加，其負面影響是伴隨終生的，比如發(fā)病率和死亡率增高、胴體組成低劣、代謝紊亂、生長性能下降等，導致了生產(chǎn)和經(jīng)濟損失的大幅增加[7]。目前常規(guī)豬場對于IUGR豬一般是直接淘汰，暫無實際有效的應對方法。因此，降低IUGR仔豬的發(fā)生率和減小窩內(nèi)初生重變異系數(shù)具有十分重要的實際生產(chǎn)意義。

針對仔豬初生重低等問題，以往營養(yǎng)學角度的研究大多從飼料原料的選擇、飼料配方的調(diào)整以及飼養(yǎng)環(huán)境的改善等方面入手，但效果一直不太理想，其根本原因是對低初生重仔豬的發(fā)生機制缺乏足夠的認識。雖然仔豬的生長發(fā)育受到各種因素的影響，但越來越多的證據(jù)表明，血管生成異常所導致的胎盤機能不全是IUGR現(xiàn)象和阻礙仔豬生長的重要原因[6]。

胎盤是妊娠期介于胎兒與母體間的重要器官，用于維持胎兒的正常生長發(fā)育，其功能的完善主要依靠胎盤血流量的持續(xù)增加[9]。在出生前，仔豬生長發(fā)育所需的營養(yǎng)物質(zhì)及能量全部來源于母體，而胎盤血液循環(huán)系統(tǒng)是仔豬與母體進行氣體交換、獲得營養(yǎng)物質(zhì)以及排泄代謝產(chǎn)物的唯一媒介。一旦胎盤血管生成異常，胎盤的運輸能力無法與胎豬快速增長的營養(yǎng)物質(zhì)需求保持同步，胎豬的生長發(fā)育就會受到限制，從而引發(fā)IUGR現(xiàn)象，導致仔豬初生重降低。以往研究表明，胎盤血管疾病與IUGR之間存在很強的相關(guān)性，IUGR仔豬的血管生成受到抑制[10]。

1.2 胎盤血管生成的過程

胎盤血管系統(tǒng)的建立始于2種血管新生(neovascularization)方式(圖1)：一種見于胚胎發(fā)育初期，由內(nèi)皮前期細胞或血管母細胞形成新血管，稱之為血管發(fā)生(vasculogenesis)，其步驟主要包括血管母細胞和成血管細胞的誘導、原始血管的形成以及血管發(fā)生到血管生成的轉(zhuǎn)變，在該階段其主要調(diào)控因子包括血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和成纖維細胞生長因子-2(fibroblast growth factor-2，F(xiàn)GF-2)；另一種是指由體內(nèi)既存的毛細血管或毛細血管后靜脈以分支型或非分支型2種方式形成新血管的復雜過程，稱之為血管生成(angiogenesis)，主要步驟包括血管基底膜的降解，內(nèi)皮細胞的激活、增殖和遷移以及新血管和血管網(wǎng)的重建[11-12]。其調(diào)控因子主要包括VEGF、胎盤生長因子(placental growth factor，PLGF)、轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)、促血管生成素-1(angiopoietin-1，Ang-1)和促血管生成素-2(angiopoietin-2，Ang-2)。

胎盤絨毛內(nèi)血管生成是涉及到眾多細胞和生物分子參與的復雜生物學事件。管腔狀原始血管形成后，在絨毛滋養(yǎng)層細胞和Hofbauer細胞等分泌的血管形成相關(guān)生長因子作用下，妊娠早期主要生成分支型新血管，胎盤毛細血管面積擴大；在妊娠后期，分支型的生長方式逐漸被非分支型所替代，滋養(yǎng)細胞增殖減緩而內(nèi)皮細胞增殖迅速，生成血管的速度更快，胎盤中毛細血管密度增加[13]。

2 調(diào)控胎盤血管生成的關(guān)鍵因子

血管生成是一個多細胞、多生物分子及眾多信號通路共同參與調(diào)節(jié)的復雜過程。一般來說，胎盤血管生成由生長因子啟動，通過酪氨酸激酶介導復雜的信號傳導過程，其中包括特異性黏附受體和細胞外基質(zhì)降解蛋白酶的表達，誘導內(nèi)皮細胞發(fā)生增殖、趨化性遷移和形成血管腔，最終新毛細血管功能成熟即代表著血管生成完成[14]。胎盤血管生成的主要調(diào)控因子有VEGF、PLGF、成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)、促血管生成素(angiopoietin，Ang)、TGF-β、可溶性血管內(nèi)皮生長因子受體-1(soluble vascular endothelial growth factor receptor-1，sFlt-1)和可溶性內(nèi)皮糖蛋白(soluble endoglin，sEng)(表1)。

Ang-1：促血管生成素-1 angiopoietin-1；Ang-2：促血管生成素-2 angiopoietin-2；FGF-2：成纖維細胞生長因子-2 fibroblast growth factor-2；PLGF：胎盤生長因子 placental growth factor；TGF-β：轉(zhuǎn)化生長因子-β transforming growth factor-β；VEGF：血管內(nèi)皮生長因子 vascular endothelial growth factor。

表1 調(diào)控胎盤血管生成的關(guān)鍵因子及其功能

2.1 VEGF、PLGF及sFlt-1

VEGF是目前所知研究最多的一類血管生成因子，包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D、VEGF-E和PLGF，VEGF-A是該家族中最典型的成員，也是最常出現(xiàn)的成員[15]。

VEGF信號通路在血管生成的整個過程中起著不可替代的作用，通過結(jié)合細胞膜上的血管內(nèi)皮生長因子受體-1(vascular endothelial growth factor receptor-1，F(xiàn)lt-1)或激酶插入結(jié)構(gòu)域受體(kinase insert domain-containing receptor，KDR)，進而激活一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)和磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3 kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB，又稱AKT)等信號傳導通路實現(xiàn)其生物學功能[25]。VEGF與Flt-1結(jié)合主要促進血管內(nèi)皮細胞增殖；與KDR結(jié)合主要調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞功能，能抗凋亡、加快原始血管空腔化[11]。研究發(fā)現(xiàn)，信號傳導及轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)/VEGF-A信號通路介導煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidas 2)可誘發(fā)活性氧(reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)生，降低豬胎盤血管生成[26]，而半胱胺(cysteamine，CS)可在體外逆轉(zhuǎn)此抑制作用[27]。

PLGF與VEGF有53%的同源性。血管生成最初由VEGF控制，在后期，PLGF與VEGF競爭Flt-1，使血管生成轉(zhuǎn)化為主要由PLGF誘導的、不同于VEGF的無分支血管生成[16]。此外，sFlt-1是Flt-1的可溶性形式，對VEGF具有高親和力但不能轉(zhuǎn)導信號。研究發(fā)現(xiàn)，sFlt-1能夠與膜受體競爭性結(jié)合VEGF，從而對VEGF的活性起到抑制性作用，也可阻斷VEGF誘導的AKT磷酸化，抑制內(nèi)皮細胞遷移、侵襲、導管形成和血管生成[23]。

2.2 FGF

FGF是一種在發(fā)育、修復和代謝中具有多種功能的蛋白質(zhì)。與大多數(shù)生長因子一樣，F(xiàn)GF受體與配體的結(jié)合激活酪氨酸激酶，接著啟動Ras-MAPK、PI3K-AKT、磷脂酶Cγ(PLCγ)等主要的細胞內(nèi)信號通路，進一步向細胞內(nèi)傳遞信號，最終刺激細胞生長和增殖[28]。

2.3 Ang

Ang是主要調(diào)節(jié)血管生成后期的血管穩(wěn)定性的分泌型生長因子家族，該家族主要由Ang-l、Ang-2、Ang-3和Ang-4組成，Ang-1和Ang-2是其中最典型的成員，通過結(jié)合細胞膜上免疫球蛋白樣EGF樣域酪氨酸激酶(tyrosine kinase with immunoglobulin-like and EGF-like domains protein，Tie)傳導信號。現(xiàn)已知Tie家族中包括Tie1和Tie2 2個成員，其中Tie2由血管內(nèi)皮細胞特征性表達[18]。一般情況下，Ang-1是Tie2的激動劑；Ang-2因缺少部分結(jié)構(gòu)，不能刺激Tie2的磷酸化而作為拮抗劑存在[22]，或依賴VEGF的存在而參與血管生成調(diào)節(jié)[21]。

2.4 TGF-β及sEng

TGF-β在不同條件下作用于不同細胞時活性有所差異，其主要功能是調(diào)節(jié)細胞的生長和分化，誘導細胞外基質(zhì)的合成及細胞凋亡[29]。TGF-β激活Smad蛋白信號通路對血管生成有雙重作用：低劑量TGF-β1通過活化素受體樣激酶1(activin receptor-like kinase，ALK1)激活Smad1/5，激活內(nèi)皮細胞的增殖和遷移而促進血管生成；高劑量TGF-β1通過活化素受體樣激酶5(activin receptor-like kinase 5，ALK5)激活Smad2/3，則減少內(nèi)皮細胞侵襲并增加細胞外基質(zhì)蛋白表達，促進血管成熟[19]。

sEng是內(nèi)皮糖蛋白(endoglin，Eng)的可溶性形式。Eng是TGF-β1和TGF-β3的受體復合物的成分之一，介導TGF-β與受體的結(jié)合。sEng可抑制TGF-β1與其受體的結(jié)合，并阻斷其下游信號，引起血管生成障礙。同時，sEng介導的TGF-β/Smad2/3信號通路也能抑制內(nèi)皮型一氧化氮合成酶(endothelial nitric oxide synthase，eNOS)依賴性血管舒張[24]。sEng與sFlt-1具有協(xié)同作用，能夠抑制血管生成[30]。

3 功能性氨基酸對胎盤血管生成的影響

近年來，研究氨基酸營養(yǎng)對母豬繁殖性能的影響時發(fā)現(xiàn)，部分功能性氨基酸及其在代謝過程中生成的一些活性物質(zhì)，對胎盤血管生成具有重要的調(diào)控作用[31]。目前在胎盤血管生成調(diào)控方面，研究較多的幾種功能性氨基酸主要包括精氨酸(arginine，Arg)家族、亮氨酸和含硫氨基酸。

3.1 精氨酸家族

精氨酸家族包括精氨酸、谷氨酸、脯氨酸、瓜氨酸和鳥氨酸，它們在大多哺乳動物體內(nèi)可經(jīng)過復雜的代謝過程相互轉(zhuǎn)換(圖2)。除鳥氨酸和瓜氨酸外，這些氨基酸通常在食物蛋白質(zhì)中含量豐富[32]。其中，精氨酸是目前動物營養(yǎng)研究中成果最多的一個功能性氨基酸。有研究表明，在妊娠母豬飼糧中添加精氨酸可以增加活產(chǎn)仔數(shù)和仔豬總初生重，且不會降低仔豬的平均初生重[33-34]。

這可能是通過調(diào)控胎盤中PLGF和VEGF等基因表達水平，促進胎盤血管生成和改善胎盤功能的結(jié)果，從而達到促進胎豬生長以改善母豬繁殖性能的目的[35]。

mTOR：哺乳動物雷帕霉素靶蛋白 mammalian target of rapamycin；AGAT：精氨酸甘氨酸轉(zhuǎn)氨酶 arginine glycine transaminase；BH4：四氫生物蝶呤 tetrahydrobiopterin；GTP：鳥苷三磷酸 guanosine triphosphate；GTP-CH-1：Ⅰ型三磷酸鳥苷環(huán)化水解酶 type Ⅰ guanosine triphosphate cyclohydrolase；OAT：鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶 ornithine transaminase；ODC：鳥氨酸脫羧酶 ornithine decarboxylase；NO：一氧化氮 nitric oxide；+：促進作用 promoting effect.

3.1.1 精氨酸與胎盤血管生成

精氨酸是妊娠母豬的必需氨基酸[37]，其不僅是蛋白質(zhì)的組成部分，還是許多生物活性分子的前體，包括一氧化氮(nitric oxide，NO)、鳥氨酸、多胺(腐胺、亞精胺和精胺)、肌酸和胍丁胺[38](圖2)。有研究發(fā)現(xiàn)，在妊娠母豬飼糧中補充精氨酸，促進了胎盤發(fā)育和繁殖性能，提高了活產(chǎn)仔數(shù)[33]。

精氨酸及其代謝產(chǎn)物影響胎盤血管生成而促進胎豬發(fā)育的作用途徑包括以下2條：1)哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是細胞生長、增殖、凋亡和自噬的中樞調(diào)控因子，mTOR通路在調(diào)節(jié)細胞生長、細胞周期進程和蛋白質(zhì)合成等過程中發(fā)揮重要作用，并可以在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平調(diào)節(jié)VEGF等促血管生成因子的產(chǎn)生[39-40]。精氨酸能夠通過激活mTOR-核糖體蛋白S6激酶(RPS6K)-核糖體蛋白S6(RPS6)-真核翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白1(EIF4EBP1)信號轉(zhuǎn)導通路，刺激豬滋養(yǎng)外胚層細胞增殖和遷移，促進胎盤血管的生成[41]。2)精氨酸是動物體內(nèi)NO合成的唯一前體物質(zhì)，可在NOS的作用下生成NO和瓜氨酸。妊娠期間，NO是胎盤血管生成的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子：一方面，NO是體內(nèi)主要的內(nèi)源性舒張因子，在調(diào)節(jié)胎盤-胎兒血流以及營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣從母體向胎兒的轉(zhuǎn)移過程中起重要作用[42]；另一方面，NO還可以協(xié)助血管生成因子(如VEGF)調(diào)節(jié)胎盤血管生成[43]。

值得一提的是，在一般情況下，精氨酸可以在精氨酸酶作用下產(chǎn)生鳥氨酸，進而合成關(guān)鍵調(diào)控因子多胺[38]。多胺是胎盤生長和胚胎發(fā)育不可或缺的活性物質(zhì)。例如，二氟甲基鳥氨酸(difluoromethylornithine，DFMO)阻斷多胺生成后，水貂的滋養(yǎng)層細胞增殖受阻，降低了胚胎植入率[44]。精氨酸間接調(diào)節(jié)核內(nèi)基因的轉(zhuǎn)錄和表達，從而參與調(diào)控細胞的增殖和分化等過程[45]。

但是，胎盤為了在胚胎發(fā)育過程中最大限度地將精氨酸從母體供應給胎豬，導致胎盤內(nèi)缺乏精氨酸酶活性，因此，無法通過精氨酸合成鳥氨酸的途徑來合成多胺。而在整個妊娠期間，脯氨酸氧化酶、鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶(ornithine aminotransferase，OAT)和鳥氨酸脫羧酶(ornithine decarboxylase，ODC)均在豬胎盤中存在活性，且這3種酶的活性在妊娠20～40 d分別增加了132%、148%和240%，隨后下降，與脯氨酸含量的變化進程高度一致[46]。所以在豬胎盤組織細胞中，由脯氨酸在脯氨酸氧化酶和鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶催化下合成鳥氨酸，然后在鳥氨酸脫羧酶催化下形成多胺[47]。該合成途徑的活性在妊娠早期胎盤迅速生長時最高，具有治療宮內(nèi)生長受限的潛力[48]。研究表明，多胺通過調(diào)控細胞的基因表達，具有促進血管生成的作用[4]。脯氨酸是豬胎盤中合成多胺的主要含氮底物[49]，在妊娠期間其胎盤中含量是動態(tài)變化的。在妊娠20～40 d增加51%，在妊娠40～60 d保持不變，之后下降，且脯氨酸合成胎盤多胺的速率在該妊娠階段同樣達到最大值，增加了150%～160%[46]。也有研究指出，在妊娠25～90 d，脯氨酸含量有顯著增長[36]。多種研究表明，胎盤發(fā)育和胎兒生長遲緩均與妊娠母畜的胎盤脯氨酸轉(zhuǎn)運減少有關(guān)。補充脯氨酸的小鼠胎盤中VEGF、血管內(nèi)皮細胞生長因子受體(vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR)、NOS2和NOS3的mRNA水平增加，這表明補充脯氨酸對胎盤血管發(fā)育有正面促進作用[50]?，F(xiàn)已有研究發(fā)現(xiàn)，通過飼糧添加脯氨酸可改變?nèi)焉锬肛i及其后代的營養(yǎng)代謝狀況，從而影響母豬繁殖性能[51]。

3.1.2 精氨酸在母豬妊娠期的應用

動物體內(nèi)代謝所需的精氨酸可以通過飼糧供給、體內(nèi)蛋白質(zhì)的周轉(zhuǎn)代謝以及從頭合成這3條途徑獲得[38]，胎豬生長發(fā)育所需的精氨酸需要母體供應。在生產(chǎn)中，為了防止妊娠母豬體況過肥和哺乳期食欲低下，在妊娠期間往往采用限制飼喂的方式，易造成母豬精氨酸不足甚至營養(yǎng)不良，進而導致NO和多胺的胎盤合成受損，引發(fā)IUGR[52]。這時，可采取在妊娠母豬飼糧中合理補充精氨酸的方式，促進胎盤血管生成，改善母豬繁殖性能和胎豬發(fā)育情況[53]。

為滿足胎豬正常生長發(fā)育的需要，母豬妊娠0～70 d需精氨酸6.09 g/d，妊娠70 d至分娩需14.93 g/d[54]，如果采用常規(guī)的玉米-豆粕型飼糧，其中能夠進入血液循環(huán)的精氨酸含量不足以滿足妊娠母豬的需要。因此，飼喂妊娠母豬時需在常規(guī)飼糧中額外補充精氨酸。大量試驗結(jié)果(表2)證明：1)妊娠早期在基礎(chǔ)飼糧中補充精氨酸有利于母豬繁殖性能的改善[55-56]。2)精氨酸的添加劑量和時間都會影響其作用效果，甚至產(chǎn)生反作用，在實際生產(chǎn)條件中，妊娠22～114 d添加1%精氨酸具有顯著效果[33，57]。這可能與胎盤血管生成過程、氨基酸之間的拮抗作用以及氨的毒性有關(guān)，為避免堿性氨基酸之間的不平衡，豬的精氨酸補充水平不應超過2.0%[58]。3)N-氨甲酰谷氨酸是精氨酸內(nèi)源合成限速酶激活劑N-乙酰谷氨酸的代謝穩(wěn)定類似物，能夠促進內(nèi)源性精氨酸的生成，在生產(chǎn)實踐中可作為精氨酸替代物使用[59]。

表2 飼糧中補充精氨酸對胎盤血管生成和母豬繁殖性能的影響

續(xù)表2妊娠階段Gestational stages基礎(chǔ)飼糧精氨酸含量Arginine content in basal diet/%飼糧處理方式Dietary treatment mode試驗結(jié)果Experimental result參考文獻Reference90 d分別補充1.0% L-Arg-HCl和0.1% N-氨甲酰谷氨酸(NCG)提高了營養(yǎng)素的利用效率,進而改善母豬繁殖性能;精氨酸(Arg)在胎豬臍靜脈和胎盤中產(chǎn)生一氧化氮(NO)的反饋調(diào)節(jié)機制影響miRNA-15b和miRNA-222的表達,從而分別控制其靶基因血管內(nèi)皮生長因子-A(VEGF-A)和內(nèi)皮型一氧化氮合成酶(eNOS)在臍靜脈中的基因表達[59]14～25 d添加0.4%或0.8%的精氨酸可增加豬胎盤中eNOS和鳥氨酸脫羧酶 1(ODC1)產(chǎn)生的多胺以及胎盤中三磷酸鳥苷環(huán)化水解酶1(GTP-CH1)、胎盤生長因子(PLGF)、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)和血管內(nèi)皮細胞生長因子受體2(VEGFR2)的表達,進而促進胎盤中的血管生成和血管發(fā)育[60]

綜上所述，在妊娠母豬飼糧中補充精氨酸可以促進胎盤血管生成，提高母豬繁殖性能。但是由于母豬對精氨酸需要量存在多種變化情況，所以還需要做更多的研究以確定妊娠期間不同階段的最佳精氨酸需要量。

3.2 亮氨酸

亮氨酸屬于支鏈氨基酸之一，不能在哺乳動物體內(nèi)合成，只能在植物和微生物中合成，可以作為調(diào)節(jié)因子，調(diào)節(jié)胎盤的生長發(fā)育，提高母豬的繁殖性能[61]。

3.2.1 亮氨酸與胎盤血管生成

目前關(guān)于亮氨酸的營養(yǎng)研究大多集中在調(diào)控蛋白質(zhì)代謝方面，因而缺少對胎盤血管生成影響的研究報道。盡管如此，仍有研究稱平衡支鏈氨基酸等其他氨基酸時，提高亮氨酸的攝入量對母豬繁殖有著重要的影響[61]。亮氨酸可能通過以下2條途徑促進胎盤血管生成，進而促進胎豬生長發(fā)育：1)亮氨酸可以發(fā)揮和精氨酸的協(xié)同作用，激活mTOR信號通路以刺激滋養(yǎng)外胚層細胞的肥大、增生和遷移，促進綿羊胎盤血管生成[62]。近年來許多研究表明mTOR信號通路可上調(diào)L型氨基酸轉(zhuǎn)運載體1(L-type amino acid transporter 1，LAT1)、抗原4F2重鏈(4F2 heavy chain，4F2hc)及氨基酸轉(zhuǎn)運系統(tǒng)A的表達下調(diào)，與母體營養(yǎng)不良和胎兒生長受限有關(guān)[63-64]。亮氨酸可以通過增強以胰島素樣生長因子2表達水平為標志的胎盤轉(zhuǎn)運機能，促進營養(yǎng)不良的大鼠胚胎發(fā)育[65]。2)亮氨酸可能通過促進子宮雌激素受體(estrogen receptor，ER)和孕激素受體(progesterone receptor，PR)的表達，提高子宮對雌激素和孕激素的應答，間接影響血管生成因子對胎盤血管生成的調(diào)控作用，促進子宮分化，從而促進胎豬發(fā)育。亮氨酸可提高母鼠細胞ER和PR的表達[65]，而甾體類激素(雌激素、孕激素和雄激素)在生理和病理條件下均能參與調(diào)節(jié)胎盤血管生成[66]，且這種調(diào)節(jié)作用不能沒有受體的參與。在雌性小鼠模型中，雌激素能增強正常個體的FGF誘導的血管生成，但不能誘導ER缺失的小鼠子宮血管生成[67]。由于缺少相關(guān)豬的試驗的報道，故尚不明確亮氨酸是否也以此方式參與豬胎盤血管生成調(diào)控。

3.2.2 亮氨酸在母豬妊娠期中的應用

亮氨酸影響母鼠胎盤功能，主要體現(xiàn)在提高胎盤轉(zhuǎn)運能力和促進胎盤血管生成以改善IUGR的發(fā)生率[65]。根據(jù)妊娠后期胎豬快速生長發(fā)育需要大量蛋白質(zhì)沉積的生理特性，以及亮氨酸調(diào)控體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的生物學功能特點，王超先[68]在妊娠后期母豬基礎(chǔ)飼糧中添加不同濃度(0、0.4%、0.8%和1.2%)的亮氨酸，發(fā)現(xiàn)添加0.8%亮氨酸能顯著提高新生仔豬初生個體重，而添加0.4%、0.8%和1.2%的亮氨酸對窩產(chǎn)仔數(shù)、窩活產(chǎn)仔數(shù)、健仔數(shù)、弱仔數(shù)和初生窩重無顯著影響。有研究指出，是亮氨酸的代謝產(chǎn)物，而非亮氨酸本身促進了蛋白質(zhì)的合成代謝[69]。β-羥基-β-甲基丁酸(β-hydroxy-β-methylbutyrate，HMB)是亮氨酸的下游代謝產(chǎn)物，事實證明母豬妊娠后期基礎(chǔ)飼糧中添加適量HMB也能發(fā)揮與亮氨酸相似的促進胎豬發(fā)育的作用，使仔豬初生個體重顯著提高[70]；圍產(chǎn)期基礎(chǔ)飼糧中添加0.2%的HMB可降低IUGR發(fā)生率[71]。

關(guān)于亮氨酸在妊娠后期及哺乳期促進仔豬蛋白質(zhì)沉積的作用機理已得到廣泛研究，但關(guān)于亮氨酸對于胎盤血管生成及胎豬發(fā)育的影響尚屬空白，需更加深入的研究來揭示它的作用機理。

3.3 含硫氨基酸

含硫氨基酸對豬的攝食、生長、免疫等方面都有著重要的作用，可以影響機體營養(yǎng)代謝。除了在蛋白質(zhì)合成中發(fā)揮作用外，還可以在疾病預防和改善生產(chǎn)性能中發(fā)揮關(guān)鍵作用，主要包括蛋氨酸、胱氨酸和半胱氨酸[72]。

3.3.1 蛋氨酸與胎盤血管生成及應用

蛋氨酸作為豬的第二限制性氨基酸，對豬的生長發(fā)育起著至關(guān)重要的作用，而且母豬妊娠后期氨基酸營養(yǎng)需要量明顯高于妊娠前期[54]，故提高飼糧蛋氨酸水平對促進胎豬發(fā)育具有較大的影響。

在動物體內(nèi)，蛋氨酸直接或間接地參與多項生理活動。除了參與合成蛋白質(zhì)外，還可以經(jīng)過轉(zhuǎn)甲基代謝、氨丙基轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)硫基代謝和再甲基代謝生成甲基供體S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine，SAM)、同型半胱氨酸(homocysteine，Hcy)以及具有抗氧化功能的谷胱甘肽等產(chǎn)物，為體內(nèi)的甲基化修飾提供甲基(如DNA和RNA)和發(fā)揮抗氧化作用[73]。已有研究發(fā)現(xiàn)，提高妊娠母豬飼糧中蛋氨酸水平能夠提高仔豬初生窩重和仔豬初生個體重[74]。對此的深入研究表明，飼糧中添加蛋氨酸對胎豬發(fā)育的促進作用，可能是蛋氨酸參與調(diào)控豬胎盤血管生成的結(jié)果(圖3)。蛋氨酸能夠通過提高豬血管內(nèi)皮細胞VEGF和基質(zhì)金屬蛋白酶9表達水平，促進內(nèi)皮細胞遷移并形成血管[75]。此外，蛋氨酸的代謝產(chǎn)物已被證明參與了調(diào)控血管生成過程：1)蛋氨酸的中間代謝產(chǎn)物SAM影響細胞增殖，一方面在細胞水平，它作為體內(nèi)重要的甲基供體，影響核糖體的生物發(fā)生[76]；另一方面SAM可以合成多胺，提高小鼠胚胎植入率[77]。2)妊娠期母體對Hcy損傷敏感性增強，蛋氨酸過量會造成Hcy累積，引發(fā)同型半胱氨酸血癥以及一系列不良妊娠反應[78]。這可能是由于高水平Hcy會減少內(nèi)皮細胞組織纖溶酶激動劑的分泌，降低纖溶系統(tǒng)的活性，進而抑制血管生成，增加微血管纖維蛋白積聚和血栓形成[79]。

H2S：硫化氫 hydrogen sulfide；VEGF：血管內(nèi)皮生長因子 vascular endothelial growth factor；MMP9：基質(zhì)金屬蛋白酶9 matrix metallopeptidase 9；TSP途徑：轉(zhuǎn)硫途徑 transsulfuration pathway；+：促進作用 promoting effect；-：抑制作用 inhibiting effect。

畜牧生產(chǎn)中常用的玉米-豆粕型飼糧往往蛋氨酸含量不足，這與妊娠母豬的氨基酸需要量因供給胚胎發(fā)育而大幅增加相矛盾。通過在基礎(chǔ)飼糧中額外補充蛋氨酸，隨著蛋氨酸與賴氨酸比值的增加提高了后備母豬的生長和繁殖性能，且蛋氨酸與賴氨酸比值為38.2%時的后備母豬繁殖性能表現(xiàn)最佳[74]。有研究表明，妊娠母豬飼糧的蛋氨酸與賴氨酸比值與初生體重和胎盤血管生成呈二次曲線關(guān)系，其中蛋氨酸與賴氨酸比值為0.37%時有助于發(fā)揮高繁殖力母豬的最佳性能[82]。目前，合成的蛋氨酸添加劑包括DL-蛋氨酸羥基類似物和DL-蛋氨酸二肽等，且已被廣泛使用，但飼糧中添加不同來源的蛋氨酸會影響其他氨基酸的腸道吸收和全身代謝[83]，而且在豬不同細胞系中的代謝特征以及對細胞功能的影響也會有所差異[73]。因此，在生產(chǎn)上應當選擇哪種蛋氨酸源較適宜和最佳添加的比例等實際問題還有待解決。

3.3.2 半胱氨酸與胎盤血管生成及應用

近年來，越來越多證據(jù)表明妊娠母豬的氧化應激可能導致死胎等不良妊娠結(jié)果[84]。CS是谷胱甘肽(glutathione，GSH)的前體，具有抗氧化的功能。而作為其下游產(chǎn)物之一的L-半胱氨酸能提高母體胎盤的抗氧化能力，增加PLGF的含量和促進血管生成，能有效降低母胎界面的炎癥反應[85]。CS可通過代謝半胱氨酸抑制核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體，從而改善母豬母體-胎盤界面的氧化還原狀態(tài)。在妊娠后期提供CS可改善母豬的妊娠結(jié)果，包括初生體重和死產(chǎn)。對于生產(chǎn)低初生重仔豬的母豬，飼喂100 mg/kg CS不僅能顯著增加其胎盤血管密度，還使胎盤中的GSH含量提高，減少ROS的形成，保護胚胎免受氧化應激。目前試驗證明，氧化應激通過STAT3信號通路失活來抑制豬血管內(nèi)皮細胞(porcine vascular endothelial cells，PVECs)的增殖和遷移。CS可通過STAT3信號通路調(diào)節(jié)過氧化氫誘導的PVECs氧化應激的修復，因此CS積極作用的潛在機制可能與PVECs中STAT3的激活有關(guān)[27]。據(jù)此前報道，半胱氨酸可合成N-乙酰半胱氨酸，后者不僅可與ROS作用并清除自由基，提高NO含量，有利于胎盤血管的合成，還可合成GSH進而增強抗氧化能力[42,86]。

飼糧中添加CS應注意劑量，使用低劑量的CS可促進半胱氨酸進入細胞進一步合成GSH，并影響細胞的氧化還原穩(wěn)態(tài)。而高劑量的CS則會使氧化應激和IUGR的風險增加，對此可能的解釋是：當使用過高劑量的CS時，在過渡金屬存在下，CS氧化生成過氧化氫分子，從而引起氧化應激[87]。因此，與較高劑量相比，最小劑量(體內(nèi)和體外劑量分別為100 mg/kg和500 μmol/L)為合適的補充劑量，能有效緩解胎盤的氧化應激，增強血管生成，提高母豬繁殖效率[27]。

4 小 結(jié)

胎盤血管網(wǎng)絡的形成是保障胎豬正常生長發(fā)育的重要因素，眾多研究表明飼糧中添加功能性氨基酸可以通過關(guān)鍵代謝途徑調(diào)控胎盤血管生成，從而達到促進胎豬發(fā)育的目的。目前已知能夠促進胎盤血管生成的功能性氨基酸有精氨酸家族(精氨酸和脯氨酸)、亮氨酸和含硫氨基酸(蛋氨酸和半胱氨酸)，但尚存在許多問題有待解決，比如相關(guān)的功能性氨基酸在母豬體內(nèi)的作用機制及其在生產(chǎn)實際中的添加效果尚不明確，還需要做更多、更加深入的研究工作，來推動功能性氨基酸在母豬生產(chǎn)中的開發(fā)利用。