精氨酸的生理作用及其在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用.docx

1、精氨酸(Arginine)，分子式為C6 H14 N4 O2。分子質(zhì)量為174.2，為白色晶體或晶體狀粉末。在自然界中有兩種異構(gòu)體存在：D-精氨酸(D-Arg)和L-精氨酸(L-Arg)，動物體內(nèi)主要以L-精氨酸的形式存在。Arg在人醫(yī)方面的研究較多，但是對于家禽的研究較少，早期的研究大多集中在1994年以前。當(dāng)前隨著人們認(rèn)識的深入，人們對L-Arg的研究主要集中在LArg提高免疫力，在感染、燒傷、手術(shù)、動脈粥樣硬化及胎兒發(fā)育障礙等的治療方面開展系列研究。1 精氨酸來源與代謝 動物機體精氨酸主要有三個來源： 來源于日糧； 機體蛋白質(zhì)的分解； 機體內(nèi)其他氨基酸(谷氨酸和瓜氨酸等)的轉(zhuǎn)化1。日糧中

2、氨基酸是動物機體合成蛋白質(zhì)的重要來源。內(nèi)源性合成的精氨酸主要來源于小腸和腎臟。雖然精氨酸只是健康成年哺乳動物的條件性氨基酸，但對禽類而言，精氨酸卻是必需氨基酸。主要原因在于家禽機體缺乏如氨甲酰磷酸酶等關(guān)鍵酶，因而不能通過生化途徑(如鳥氨酸循環(huán)途徑)來合成精氨酸，因此只能由日糧來滿足。 精氨酸是體蛋白的組成部分，可以由動物內(nèi)源合成。血漿瓜氨酸和線粒體內(nèi)的鳥氨酸是其合成的前體，瓜氨酸在細(xì)胞液中合成精氨酸。在提供瓜氨酸的情況下，家禽可在腎和巨噬細(xì)胞內(nèi)合成精氨酸，但效率很低。精氨酸體內(nèi)代謝途徑有： 通過精氨酸酶分解為尿素和鳥甘酸。鳥甘酸是合成多胺類物質(zhì)的前體，它們是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長的重要物質(zhì)，是細(xì)胞增殖的

3、促進劑； 通過氧化途徑，經(jīng)一氧化氮合成酶(NOS)催化生成具有生物活性的一氧化氮(NO)。NO是一種內(nèi)皮舒張因子，有利于維持血管的通透性，改善腸道的缺血缺氧功能。 精氨酸可以由甘氨酸轉(zhuǎn)脒基酶分解為鳥氨酸和肌酐酸，由精氨酸分解酶降解為鳥氨酸和尿素。精氨酸在相關(guān)酶作用下最終分別轉(zhuǎn)化成腐胺、脯氨酸和谷氨酰胺，腐胺可以生成亞精胺和精胺，三者統(tǒng)稱為多胺，谷氨酰胺可進入三羧酸循環(huán)，氧化供能產(chǎn)生CO2 。精氨酸在家禽體內(nèi)通過鳥氨酸循環(huán)分解成氨后，合成嘌呤，然后降解為尿酸排出2。 精氨酸主要在畜禽的小腸中段吸收，但家禽小腸前段、后段、胃，甚至特定條件下嗦囊也可以吸收部分精氨酸3。日糧中30 50 的氨基酸在小

4、腸內(nèi)被消化吸收。日糧中大約4O 的精氨酸在小腸內(nèi)直接被分解消化，其余進入機體循環(huán)。2 精氨酸生理作用 2.1 可特異性地減少體內(nèi)腹部和腎周脂肪體內(nèi)能量攝入和消耗的不平衡往往會導(dǎo)致脂肪的蓄積，引發(fā)肥胖，繼而又常常誘發(fā)心血管和糖尿病等疾病的發(fā)生，近年來隨著肥胖及其相關(guān)疾病的蔓延，控制肥胖已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)普遍關(guān)注的問題。 作為生物活性因子一氧化氮(NO)的前體，精氨酸在控制肥胖方面的效果及其機理研究最近取得了突破性的進展。首先，以二型糖尿病模型大鼠(zdf大鼠)為研究對象，連續(xù)10周在飲用水中添加1.51%的L-精氨酸，可使大鼠在采食量、飲水量以及能量攝入量等方面沒有明顯差別的情況下，血清中精氨酸

5、和一氧化氮的濃度分別提高61%和70% ；在4、7、10周時體重分別下降6%、10% 和16%。進一步的分析發(fā)現(xiàn)，精氨酸處理特異性地減少了腹部和腎周脂肪，10周以后，腹部脂肪脂重量減少45%而腎周脂重量減少25%，但是身體其他部位的重量沒有受到顯著影響。同時，在以食譜誘導(dǎo)的肥胖鼠為模型的研究中，飲用水中添加1.51%的L-精氨酸可以使腹膜后脂肪、腎周脂、皮下脂和腸系膜脂在飼喂12周后降低20%40%。而人脂肪細(xì)胞的研究表明，添加0.5 mmolL和2 mmolL 精氨酸可分別使脂肪降解增加24%和50%。進一步的研究發(fā)現(xiàn)，精氨酸處理可通過激活ampk通路而增強糖原和脂肪的降解、減少脂類和糖類物

6、質(zhì)的合成，減少脂肪細(xì)胞的大小、提高胰島素敏感性而降低胞質(zhì)中葡萄糖、甘油三酯和瘦素的濃度。分子水平上的研究表明精氨酸作用的機理主要包括以下幾個方面：精氨酸產(chǎn)生的NO，可以刺激ampk的磷酸化，從而通過抑制乙酰COA羧化酶的活性和激活丙二酰COA脫羧酶的活性而降低丙二酰COA的含量，并且降低脂肪與糖原合成相關(guān)基因的表達；NO增加了激素敏感脂酶的磷酸化，使其轉(zhuǎn)位至中性脂肪粒，從而激活脂肪降解；NO激活PPARy共激活子1的表達，從而增加了線粒體的氧化磷酸化；NO增加了胰島素敏感組織的血流，從而增加了底物代謝?？梢?，通過精氨酸和瓜氨酸添加來減少肥胖人群和動物體中的代謝紊亂綜合癥，減少不必要的脂肪沉積，

7、將具有很好的應(yīng)用前景。2.2 可調(diào)控腫瘤細(xì)胞的生長 腫瘤轉(zhuǎn)移的過程是多因素共同作用的結(jié)果，腫瘤細(xì)胞脫離原發(fā)腫瘤組織，隨淋巴管、血管或直接遷移至身體其他組織形成新的腫瘤轉(zhuǎn)移灶，在此過程中，細(xì)胞間粘附分子和血管細(xì)胞粘附分子與惡性腫瘤的復(fù)發(fā)、轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。同時，基質(zhì)金屬蛋白酶MMPs參與許多生理病理過程如炎癥、組織纖維化、新血管形成和腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移等，而基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制物(TIMPs)可以通過對MMPs的抑制在腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移和組織纖維化中發(fā)揮重要作用。精氨酸作為NO合成的前體，可以抑制基質(zhì)金屬蛋白酶、抑制細(xì)胞黏附分子和提高基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制物的表達從而阻止細(xì)胞黏附；另外，一定濃度的精氨酸

8、可通過增加NO的合成而發(fā)揮細(xì)胞毒性作用誘導(dǎo)凋亡、抑制腫瘤細(xì)胞增殖。目前對精氨酸能否直接作為治療腫瘤的藥物還有爭議，其原因可能與實驗采用的精氨酸劑量及腫瘤的種類有關(guān)。初步認(rèn)為，精氨酸對免疫原性或腫瘤相關(guān)抗原陽性的腫瘤具有抑制作用，卻可能刺激弱免疫原性腫瘤的生長如果能把握好使用的劑量和時機，既使機體得到營養(yǎng)支持，又不使腫瘤擴增，甚至能有效地抑制腫瘤的生長，那將給腫瘤的治療帶來積極的意義。2.3 在心血管系統(tǒng)中的作用 最新研究發(fā)現(xiàn)L-精氨酸NO途徑非常重要。精氨酸和分子氧在NOS及其輔助因子的催化下生成NO。NO在維持血管張力的恒定和調(diào)節(jié)血壓的穩(wěn)定性中起著重要作用。在生理狀態(tài)下，當(dāng)血管受到血流沖擊、

9、灌注壓突然升高時，NO可維持其器官血流量相對穩(wěn)定，使血管具有自身調(diào)節(jié)作用；能夠降低全身平均動脈血壓，控制全身各種血管床的靜息張力，增加局部血流，是血壓的主要調(diào)節(jié)因子。NO在心血管系統(tǒng)中發(fā)揮作用的可能機制是通過提高細(xì)胞中鳥苷酸環(huán)化酶(GC)的活性，促進磷酸鳥苷環(huán)化產(chǎn)生環(huán)一磷酸鳥苷(cGMP)，使細(xì)胞內(nèi)cGMP水平增高，繼而激活依賴cGMP的蛋白激酶對心肌肌鈣蛋白C磷酸化作用加強，肌鈣蛋白C對Ca2+的親合性下降，肌細(xì)胞膜上K+通道活性也下降，從而導(dǎo)致血管舒張。焦鴻麗等報道表明L-Arg可以用于改善冠動脈舒張功能，阻止冠動脈痙攣。NO有調(diào)節(jié)肺血管張力、抑制肺血管平滑肌增生和血管重構(gòu)的作用，NO在抑

10、制慢性缺氧性肺動脈高壓發(fā)病過程中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。譚勛，劉艷娟等4研究表明，L-ArgNO通過促進肺小動脈平滑肌細(xì)胞凋亡，在一定程度上抑制了肺血管重構(gòu)的形成，揭示了L-Arg預(yù)防肉雞肺動脈高壓綜合征(PHS)即肉雞腹水綜合征的作用機制。2.4 在免疫系統(tǒng)中的作用 精氨酸由于在尿素循環(huán)中的特殊位置，可以降低血氨濃度，減少機體細(xì)胞損傷。精氨酸對動物疾病的作用大多通過NO途徑，巨噬細(xì)胞通過精氨酸生成NO5。當(dāng)巨噬細(xì)胞被激活后，其釋放的NO可以通過抑制靶細(xì)胞線粒體中三羧酸循環(huán)、電子傳遞和細(xì)胞DNA合成等途徑，發(fā)揮殺傷靶細(xì)胞的效應(yīng)，保護機體。NO對魯斯氏肉瘤病毒、大腸桿菌、布氏錐蟲、鼠弓形體、柏氏鼠瘧

11、原蟲以及惡性瘧原蟲等寄生蟲的殺傷或抑制作用都有報道。精氨酸代謝具有平衡免疫反應(yīng)的作用，對巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞尤其重要6。精氨酸通過兩種機制參與全身炎癥反應(yīng)，Yeh等7以患敗血癥的小鼠為模型，研究精氨酸在疾病早期和晚期對炎癥相關(guān)因子的產(chǎn)生以及細(xì)胞免疫反應(yīng)的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)精氨酸可降低損傷部位的炎癥反應(yīng)，減少炎癥相關(guān)因子過度分泌對機體的損害。同時Rodriguez等_8研究稱精氨酸能促進T細(xì)胞增殖，在大鼠飲水中補充2 的 精氨酸具有免疫增強作用9。2.5 在神經(jīng)系統(tǒng)中的作用 馬秀玲等(2002)報道有關(guān)I，精氨酸NO途徑在中樞神經(jīng)系統(tǒng)方面的研究認(rèn)為，N0通過擴散，作用于相鄰的周圍神經(jīng)元，如突出前神經(jīng)末梢

12、和星狀膠質(zhì)細(xì)胞，再激活GC提高cGMP水平而產(chǎn)生生理效應(yīng)。如NO可誘導(dǎo)與學(xué)習(xí)、記憶有關(guān)的長時程增強效應(yīng)(LTP)，并在其LTP中起逆信使作用。在外周神經(jīng)系統(tǒng)也存在 精氨酸NO途徑。NO被認(rèn)為是非膽堿能、非腎上腺素能神經(jīng)的遞質(zhì)或介質(zhì)，參與痛覺傳人與感覺傳遞過程。另據(jù)報道，NO在胃腸神經(jīng)介導(dǎo)胃腸平滑肌松弛中起著重要的中介作用。同時NO作為神經(jīng)元遞質(zhì)，在泌尿生殖系統(tǒng)中起著重要作用，成為排尿節(jié)制等生理功能的調(diào)節(jié)物質(zhì)，這為藥物治療泌尿生殖系統(tǒng)疾病提供了理論依據(jù)。2.6 在內(nèi)分泌方面的作用 精氨酸可以刺激胰腺、腎上腺、丘腦等部位產(chǎn)生激素。精氨酸對催乳素和生長激素的調(diào)節(jié)是很關(guān)鍵的。動物通過生長激素和類胰島素

13、生長因子I軸(IGF-I)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)和氨基酸代謝。精氨酸刺激生長激素釋放可由其直接作用或通過其代謝物起作用。精氨酸在腦中可代謝成鳥氨酸，進而生成谷氨酸，這兩種氨基酸均可促進生長激素釋放。另外NOS存在于下丘腦和垂體區(qū)域中，NO對生長激素釋放有促進作用。精氨酸可刺激人和其它哺乳動物包括牛、羊和豬的胰島素釋放。3 精氨酸在畜牧業(yè)中的應(yīng)用3.1 在動物繁殖中的應(yīng)用 精氨酸在提高奶牛產(chǎn)雌率的研究有很多報道。王光輝等10報道精氨酸處理的奶牛年產(chǎn)母率平均為63.8%，比對照組提高15.8 %，差異極顯著(P0.01)。從初步研究結(jié)果看，精氨酸確實能提高母牛的產(chǎn)母率。范星根等采用不同濃度精氨酸，不同處理時間

14、方法對441頭奶牛進行處理，顯著提高母牛產(chǎn)雌犢的比率。李永海等11報道精氨酸對受胎率有顯著作用。機理可能是精氨酸對性染色體上的睪丸決定因子有作用而引起。3.2 在動物生產(chǎn)性能方面的作用 精氨酸缺乏影響動物的生產(chǎn)性能12。在大鼠及仔豬試驗中均表明，精氨酸的添加能增加日增重13。對30日齡雄性幼鼠分別飼喂含0%，0.3% 和1.0%的L-精氨酸純化飼糧，結(jié)果飼糧精氨酸含量為0%和0.3 %組大鼠體重(分別為135.6 g和165.4 g)低于1.0 %精氨酸組(214.7 g)( P0.05)。用人工奶飼喂7日齡仔豬的研究表明，添加0.2 %和0.4 %的精氨酸仔豬平均日增重分別增加28% 和66

15、%，體重分別增加15%和32% (P2.5 %)的負(fù)面影響還包括腹瀉、采食量減少、增長速度減緩，甚至可能致死，這些現(xiàn)象的發(fā)生與過量添加精氨酸所帶來的氨基酸不平衡有直接的關(guān)系。 近來在豬、鼠和羊中關(guān)于精氨酸安全使用劑量口服或靜脈注射精氨酸后動物對其的代謝，雖然隨年齡或生理狀態(tài)有所區(qū)別，但都可以在45 h內(nèi)被代謝掉，從而使循環(huán)系統(tǒng)中的精氨酸恢復(fù)到基礎(chǔ)水平。懷孕的、年幼的、瘦的動物對精氨酸的代謝能力要比相應(yīng)未懷孕、成年以及肥胖動物快。懷孕的母羊、新生仔豬、生長肥育豬、懷孕母豬以及成年鼠分別按每天每1 g體重添加0.081 g、0.62 g、0.32 g、0.21 g和2.14 g精氨酸的情況下，不會

16、出現(xiàn)任何的異常反應(yīng)。據(jù)此推測，一個70 kg的人可以在普通食譜中46 g精氨酸的基礎(chǔ)上，在通過非腸道和腸道給藥的情況下，可分別耐受6 gd和15 gd的精氨酸用量。3.4 精氨酸在肉雞上的研究進展 Cuca等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)日糧蛋白質(zhì)水平分別為21%，22%,23%時，日糧中精氨酸的需要量分別為1.24%，1.26%，1.28 %時，可獲得最大生產(chǎn)效益18。在另一個試驗中，基礎(chǔ)日糧CP為23%，ME為13.40mg/kg，試驗對象為114日齡的雛雞，試驗結(jié)果表明，要獲得最大的日增重，精氨酸的需要量為1.17%，而要獲得最佳的飼料轉(zhuǎn)化率時精氨酸的需要量為1.23%。研究表明，增加日糧中賴氨酸、蘇氨酸和精

17、氨酸的含量可提高機體氨基酸的沉積，提高日糧氨基酸的代謝效率。精氨酸不僅可以提高肉雞的生長性能，而且可促進家禽淋巴器官生長，提高家禽機體免疫力。精氨酸是巨噬細(xì)胞生產(chǎn)NO的惟一原料，當(dāng)畜禽受到病毒、細(xì)菌或者寄生蟲感染時，炎癥細(xì)胞因子會激活巨噬細(xì)胞，促進巨噬細(xì)胞合成NO，通過NO來保護機體，抵抗和清除病毒、細(xì)菌或寄生蟲等病原，而且NO在解毒氨血癥和治療肌肉腹水綜合征中起重要作用。 Kwak等(1999)給試驗雞日糧中分別添加0.53%、0.73%和1.53%的L-Arg，在兩周的試驗期內(nèi)沒有發(fā)生雞只死亡或異常，但添加0.53% L-Arg日糧組雞的增重不到添加0.73% 和1.53%糧組雞增重的一半，攝食量最少，飼料轉(zhuǎn)化率也顯著低于后者。另外，Brake等(1998)報