N-氨甲酰谷氨酸對(duì)反芻動(dòng)物繁殖性能的影響

張玉珠 肖政斌 叢玉艷

(沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與醫(yī)學(xué)學(xué)院，沈陽(yáng)110866)

N-氨甲酰谷氨酸(NCG)通過(guò)催化線粒體內(nèi)氨甲酰磷酸合成酶-Ⅰ與二氫吡咯-5-羧酸合成酶使鳥(niǎo)氨酸轉(zhuǎn)化為瓜氨酸，瓜氨酸在酶的催化作用下轉(zhuǎn)化為內(nèi)源性精氨酸[1-2]。在動(dòng)物繁殖過(guò)程中，精氨酸及其代謝產(chǎn)物多胺和一氧化氮(NO)在胎盤形成、胚胎生長(zhǎng)和胎兒發(fā)育中起著關(guān)鍵作用[3-4]。但由于精氨酸成本較高、在瘤胃降解中高需要包被、與堿性氨基酸產(chǎn)生拮抗作用，故未在反芻動(dòng)物中得到廣泛應(yīng)用。NCG具有半衰期長(zhǎng)、降解率低、降低瘤胃甲烷排放、添加量與價(jià)格雙低、且不會(huì)與色氨酸、組氨酸和賴氨酸有拮抗作用等優(yōu)點(diǎn)，可有效調(diào)控機(jī)體內(nèi)精氨酸代謝并改善繁殖性能[5-9]。

1 NCG對(duì)反芻動(dòng)物繁殖性能的影響

1.1 NCG對(duì)反芻動(dòng)物子宮氨基酸的影響

氨基酸是早期胚胎發(fā)育所需要的子宮液成分，可增強(qiáng)胎盤蛋白質(zhì)合成并促進(jìn)細(xì)胞增殖，調(diào)節(jié)胚胎發(fā)育和著床[10]。在正常妊娠中，大多數(shù)氨基酸濃度在母體和胎兒之間存在正相關(guān)關(guān)系，且妊娠期間，充足的氨基酸供應(yīng)對(duì)胎兒和胎盤的發(fā)育非常重要。NCG作為精氨酸前體物質(zhì)，主要通過(guò)調(diào)控精氨酸的代謝來(lái)對(duì)機(jī)體發(fā)揮作用。精氨酸是孕體(胚胎/胎兒和滋養(yǎng)層/胎盤)生長(zhǎng)和發(fā)育的必需氨基酸[11]。Wu等[11]通過(guò)觀察薩?？四秆虬l(fā)現(xiàn)精氨酸的運(yùn)輸與子宮內(nèi)膜和受孕中陽(yáng)離子氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白密切相關(guān)，氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有助于把精氨酸運(yùn)到子宮腔，從而對(duì)受孕產(chǎn)生積極影響。Gao等[12]還發(fā)現(xiàn)在妊娠第10～15天，母羊子宮中精氨酸濃度較之前增加10倍。Bairagl等[13]發(fā)現(xiàn)精氨酸可激活反芻動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)細(xì)胞信號(hào)通路，以增強(qiáng)胎盤中蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞增殖。吳寶升等[14]在妊娠早期細(xì)毛羊飼糧中添加0.3%和0.4%的NCG會(huì)顯著提升羊水與胎兒血漿尿素循環(huán)中氨基酸(精氨酸、瓜氨酸、鳥(niǎo)氨酸和脯氨酸)濃度來(lái)保障胎兒早期健康發(fā)育。目前NCG對(duì)氨基酸的影響的研究大多集中在母體血液，而對(duì)子宮氨基酸濃度的變化及機(jī)制方面研究寥寥無(wú)幾且很膚淺，尤其是反芻動(dòng)物，因此需加深這方面的研究。

1.2 NCG對(duì)生殖系統(tǒng)血流量的影響

NCG可通過(guò)促進(jìn)內(nèi)源精氨酸合成提升子宮與胎盤間血流量，從而促進(jìn)胚胎發(fā)育和胎兒的生長(zhǎng)。一氧化氮(NO)作為精氨酸代謝產(chǎn)物，是血管生成關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，可通過(guò)抑制環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷的分解刺激血管平滑肌和毛細(xì)血管周細(xì)胞產(chǎn)生血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)來(lái)調(diào)節(jié)子宮血流量[13,15-16]，也可促進(jìn)胎盤血管擴(kuò)張和加快血液流動(dòng)來(lái)促進(jìn)胎兒與母體的聯(lián)系[17]。胎盤血流量之所以對(duì)胎兒的存活、生長(zhǎng)發(fā)育很重要，取決于子宮胎盤血管生成和血管發(fā)育。子宮胎盤血管生成、發(fā)育受血管生成因子及其受體調(diào)節(jié)，例如VEGF、胎盤生長(zhǎng)因子(PlGF)、血管生成素(ANG)和內(nèi)皮型一氧化氮酶(eNOS)[13]。VEGF促進(jìn)血管通透性并參與毛細(xì)血管的形成；PLGF有助于胎盤血管生成；而ANG表達(dá)量與內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)血管因子誘導(dǎo)的血管生成的敏感性呈正比；eNOS可調(diào)控血管通透性調(diào)節(jié)血流量[13,18-19]。蔡元等[20]在妊娠早期母羊飼糧中添加不同水平NCG，發(fā)現(xiàn)可通過(guò)顯著提高一氧化氮合酶活性來(lái)提升NO含量，進(jìn)而提升母體與胎兒間血流量促進(jìn)胎盤發(fā)育。Gootwine等[21]也發(fā)現(xiàn)精氨酸可促進(jìn)綿羊NO生成繼而增加血管生成和血管舒張，進(jìn)而增加子宮血流量。但目前NCG對(duì)反芻動(dòng)物血流量及相關(guān)因子方面的研究寥寥無(wú)幾，故還有很大的研究空間。

1.3 NCG對(duì)胎盤發(fā)育的影響

精基酸可刺激胎盤生長(zhǎng)促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從母體向胚胎或胎兒的轉(zhuǎn)移，以促進(jìn)胚胎的存活和生長(zhǎng)發(fā)育。吳寶升等[22]發(fā)現(xiàn)飼糧中補(bǔ)充NCG可通過(guò)增加內(nèi)源精氨酸的含量來(lái)激活磷脂酰肌醇-3-羥激酶/蛋白激酶/mTOR(PI3K/Akt/mTOR)信號(hào)或增加NO的代謝，促進(jìn)蛋白質(zhì)表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)胎盤形成、子宮發(fā)育及胎兒的生長(zhǎng)。孫玲偉[23]通過(guò)對(duì)妊娠期營(yíng)養(yǎng)限飼湖羊飼喂NCG，發(fā)現(xiàn)能夠顯著提高胎盤效率(胎兒體重除以胎盤的質(zhì)量)，影響胎盤相關(guān)因子VEGF含量、mTOR通路表達(dá)、胚胎臍靜脈血中代謝物含量變化，以及提高胎兒體重，這和Zhang等[24]的試驗(yàn)結(jié)果一致。但吳寶升等[22]卻發(fā)現(xiàn)添加NCG并未對(duì)妊娠早期細(xì)毛羊的胎盤重產(chǎn)生顯著影響，這可能是由于NCG添加量較低導(dǎo)致，此外，Zhang等[24]通過(guò)對(duì)營(yíng)養(yǎng)受限的母羊飼喂添加NCG和包被后的精氨酸的飼糧，發(fā)現(xiàn)妊娠期間母體營(yíng)養(yǎng)受限時(shí)，胎盤類型會(huì)從A向D進(jìn)行轉(zhuǎn)換，影響母羊內(nèi)分泌狀況，增加胎盤血流量，促進(jìn)母體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。鑒于胎盤的重要性，很有必要對(duì)NCG添加量及其對(duì)胎盤結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行更深層次的研究。

1.4 NCG對(duì)胎兒發(fā)育的影響

妊娠期營(yíng)養(yǎng)不足會(huì)降低母體、胎兒血漿和體液中多胺、精氨酸家族及相關(guān)支鏈氨基酸的含量，導(dǎo)致宮內(nèi)發(fā)育遲緩(IUGR)，從而會(huì)降低胎兒存活率，影響胚胎和胎兒發(fā)育[25-30]。綿羊妊娠期間母體營(yíng)養(yǎng)不良會(huì)導(dǎo)致胎兒生長(zhǎng)軌跡改變，胎兒下丘腦-垂體-腎上腺軸發(fā)育改變導(dǎo)致胎兒腎上腺加速成熟、胰腺發(fā)育改變，繼而胰島素信號(hào)和氨基酸代謝發(fā)生改變，引起胎兒早產(chǎn)率增加[31-32]。也有研究表明，母羊妊娠期間營(yíng)養(yǎng)不良會(huì)減少子宮和臍帶血流量繼而會(huì)造成胎盤變小和胎兒體重減輕[33]。在妊娠至分娩第60天期間，每天3次注射精氨酸給營(yíng)養(yǎng)不足的母羊，可使羔羊的出生體重增加21%，并在不影響母羊體重的情況下有效預(yù)防IUGR[30]。妊娠第60～147天，通過(guò)給母羊補(bǔ)喂精氨酸或NCG，可改善胎兒內(nèi)分泌的代謝穩(wěn)態(tài)、增加胎兒肝臟和背最長(zhǎng)肌中氨基酸的可利用性以及影響生長(zhǎng)軸基因的表達(dá)，進(jìn)而降低胎兒IUGR發(fā)生幾率[29]。這與Lassala等[34]、Herring等[25]試驗(yàn)結(jié)果一致。此外Zhang等[35]對(duì)IUGR綿羊補(bǔ)充NCG，發(fā)現(xiàn)可增加胎兒體重，有效緩解胎兒胸腺發(fā)育和免疫功能對(duì)IUGR的反應(yīng)。且Zhang等[27]對(duì)IUGR羔羊進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加精氨酸和NCG均能降低IUGR所帶來(lái)的不良反應(yīng)，但精氨酸和NCG之間沒(méi)有顯著差異。但反芻動(dòng)物在營(yíng)養(yǎng)受限過(guò)程中，NCG對(duì)胎盤發(fā)育和血管生成及相關(guān)因子的影響還需要進(jìn)行深入的研究。

1.5 NCG對(duì)種公畜精液品質(zhì)的影響

多胺(腐胺、精胺和亞精胺)是細(xì)胞生長(zhǎng)和分化的重要生物分子，作為精氨酸代謝物的鳥(niǎo)氨酸可通過(guò)被鳥(niǎo)氨酸脫羧酶轉(zhuǎn)化為腐胺，腐胺隨后參與精胺和亞精胺的合成[36]。在雄性動(dòng)物中NCG可通過(guò)內(nèi)源性生成精氨酸促進(jìn)多胺合成，繼而提升雄性動(dòng)物精液相關(guān)指標(biāo)，提高對(duì)雄性動(dòng)物的利用，增加養(yǎng)殖場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。Ozer等[37]發(fā)現(xiàn)精氨酸可顯著提高精漿精氨酸酶活性，促進(jìn)多胺合成，增加精子濃度和提升精子活力，繼而提高公羊繁殖力。汪建國(guó)等[38]也表明，NCG的添加可以使新疆褐牛種公牛的采精量、精子活力與濃度均得到不同程度的提升，精子畸形率較對(duì)照組均呈下降趨勢(shì)，且隨著NCG添加量的升高，褐牛各方面性能呈依賴型升高。目前來(lái)說(shuō)，NCG作為新型飼料添加劑在單胃動(dòng)物上研究較多，在反芻動(dòng)物尤其是反芻動(dòng)物種公畜方面的研究寥寥無(wú)幾，且對(duì)其適用范圍及其最優(yōu)劑量都有待深入研究。

2 小 結(jié)

自從2014年NCG被列入新型飼料添加劑名單后，國(guó)內(nèi)外對(duì)其進(jìn)行了研究，但大多針對(duì)的是單胃動(dòng)物，NCG對(duì)反芻動(dòng)物繁殖方面的研究還比較少，這方面還有更大的進(jìn)步空間，由于NCG是以氨基酸為主要有效成分的天然飼料添加劑，降解率低且具有價(jià)格和添加量雙低的優(yōu)點(diǎn)，NCG在養(yǎng)殖場(chǎng)的應(yīng)用很有意義。近幾年也有人將NCG與微量元素結(jié)合在一起進(jìn)行研究[39-40]，因此NCG對(duì)反芻動(dòng)物的生長(zhǎng)、繁殖性能以及代謝機(jī)制都有待深入研究。