功能性氨基酸營(yíng)養(yǎng)研究進(jìn)展

功能性氨基酸營(yíng)養(yǎng)研究進(jìn)展第1頁(yè)/共54頁(yè)報(bào)告提綱1.功能性氨基酸的概念2.功能性氨基酸與胎兒/新生動(dòng)物生長(zhǎng)3.功能性氨基酸與細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)

4.功能性氨基酸與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝5.功能性氨基酸與腸道功能6.功能性氨基酸與免疫功能7.功能性氨基酸今后研究方向展望第2頁(yè)/共54頁(yè)營(yíng)養(yǎng)不良和感染是世界范圍上動(dòng)物成活、健康、生長(zhǎng)和繁殖后代的主要威脅。蛋白質(zhì)攝入缺乏仍是目前動(dòng)物生產(chǎn)面臨的一個(gè)嚴(yán)重的營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題。蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良增加了動(dòng)物對(duì)疾病的易感性以及感染性疾病的發(fā)生率和死亡率。最近的生化研究結(jié)果表明，某些氨基酸在調(diào)節(jié)代謝和生理過(guò)程中具有多種獨(dú)特的功能，從而影響動(dòng)物健康和生產(chǎn)功能性氨基酸概念的提出第3頁(yè)/共54頁(yè)功能性氨基酸的概念功能AA是指除了合成蛋白質(zhì)外還具有其它特殊功能的AA，其不僅對(duì)動(dòng)物的正常生長(zhǎng)和維持是必需的，而且對(duì)多種生物活性物質(zhì)的合成也是必需的。種類(lèi)包括：精氨酸、谷氨酸/酰胺、支鏈氨基酸、色氨酸、甘氨酸、天冬氨酸/酰胺、鳥(niǎo)氨酸、瓜氨酸、脯氨酸、組氨酸、含硫氨基酸和?；撬岬?。特殊功能包括：調(diào)節(jié)胎兒和新生動(dòng)物發(fā)育、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)、營(yíng)養(yǎng)代謝、腸道功能和免疫功能。合成的生物活性物質(zhì)包括：NO、多胺、谷胱甘肽、核酸、激素和神經(jīng)遞質(zhì)等(Kimetal.,2007.Asian-Aust.J.Anim.Sci.Vol.20,No.2:295–306;Lietal..,2007BritishJournalofNutrition98:237-252)第4頁(yè)/共54頁(yè)功能性氨基酸與胎兒/新生動(dòng)物生長(zhǎng)亮氨酸、谷氨酰胺和精氨酸對(duì)妊娠期胚胎、胎盤(pán)和胎兒的發(fā)育具有重要作用以精氨酸為主的代謝途徑在孕體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中至關(guān)重要，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)和細(xì)胞增殖對(duì)胚胎發(fā)生、血管生成、胚胎著床、胎盤(pán)生長(zhǎng)和發(fā)育、血流量和胎兒生長(zhǎng)發(fā)揮重要作用

在初產(chǎn)母豬日糧中添加1%Arg增加其產(chǎn)仔率第5頁(yè)/共54頁(yè)010020030040050030456090110母體mmol/L在妊娠期不同階段母體和胎兒血液中各氨基酸的濃度Wu,Bazer,Tuo(1995)JNutr125:2859-286804008001200160030456090110mmol/L胚胎ArginineLeucineOrnithineGlutamine妊娠期ArginineLeucineOrnithineGlutamine妊娠期第6頁(yè)/共54頁(yè)

妊娠期在日糧中添加精氨酸對(duì)大鼠繁殖性能的影響對(duì)照組精氨酸添加組試驗(yàn)1(n=12；整個(gè)妊娠期添加)母體采食量(g/kgBWd)71.0±2.371.2±1.9母體總增重(g/21d)78.5±6.685.0±6.4窩仔數(shù)(n)11.3±0.614.5±0.6*活仔數(shù)(n/窩)11.3±0.614.5±0.6*初生窩重(g)72.8±5.597.5±6.4*試驗(yàn)2(n=20；妊娠1～7d添加)母體采食量(g/kgBWd)71.1±2.271.3±2.7母體總增重(g/21d)68.0±3.975.3±3.6窩仔數(shù)(n)11.4±0.414.7±0.3*活仔數(shù)(n/窩)11.3±0.414.7±0.3*初生窩重(g)75.2±4.092.4±2.7*添加1％的Arg提高胚胎成活率，從而提高窩仔數(shù)30％。這對(duì)預(yù)防妊娠早期胚胎丟失，提高哺乳動(dòng)物繁殖性能具有重要的啟示作用(Zengetal,2008.JNutr,138:1421-1425)。第7頁(yè)/共54頁(yè)050100150200250d1d3d7d14d21Plasmaconcentration(mmol/L)ArginineCitrullineOrnithineaaaaaabbbcccccc哺乳仔豬血漿氨基酸濃度隨年齡的變化FlynnNEetal.(2000)JAnimSci78:2369-2375.Means±SEM,n=20a-c:p<0.01.第8頁(yè)/共54頁(yè)00.40.81.2Sow'sMilkPigletBody母乳中精氨酸/賴(lài)氨酸值和仔豬重(d7)Arginine/LysineRatioWuGandKnabeDA(1994)JNutr124:415-424.WuGetal.(1999)JNutr129:1031-1038.Means±SEM,n=10第9頁(yè)/共54頁(yè)

日增重(g/d)精氨酸供給量（%）020406080100血氨(mmol/L)精氨酸供給量（%）0%0.2%0.4

%Arg喂養(yǎng)的仔豬（d7-d21）的生長(zhǎng)及血氨水平PooledSEM=13mmol/L.abc0%0.2%0.4%a-c:P<0.05Kimetal.,2004.JNutr134:625-630.0100200300abcPooledSEM=13g/d.第10頁(yè)/共54頁(yè)氨基酸是腸道生長(zhǎng)發(fā)育的重要營(yíng)養(yǎng)支持，谷氨酰胺、精氨酸和半胱胺酸等能氧化供能，促進(jìn)細(xì)胞增殖和粘膜發(fā)育；合成NO和多胺，增強(qiáng)腸道免疫屏障，對(duì)維護(hù)腸道正常形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能有重要作用。

谷胺酰胺是豬腸道上皮細(xì)胞的一種主要能量底物，是合成嘌呤和嘧啶核苷酸的一種必需前體物，被認(rèn)為可維護(hù)豬腸道屏障的完整性和功能。在日糧中添加1％的谷胺酰胺能防治發(fā)生在斷奶后7天內(nèi)的空腸萎縮癥，并降低斷奶后第2周的料重比。

Wangetal.2008.AminoAcid.DOI10.1007/s00726-008-0152-功能性氨基酸與腸道功能第11頁(yè)/共54頁(yè)精氨酸在體內(nèi)能合成NO，促進(jìn)多胺、胍氨酸、鳥(niǎo)氨酸、α-酮戊二酸等腸粘膜滋養(yǎng)因子合成，恢復(fù)腸粘膜結(jié)構(gòu)完整性；促進(jìn)下丘腦釋放生長(zhǎng)激素，減少腸粘膜萎縮，加速受損腸粘膜的修復(fù)，維持腸粘膜的結(jié)構(gòu)和功能，增強(qiáng)機(jī)體免疫力。Zhan等（2008）研究發(fā)現(xiàn)早期斷奶仔豬補(bǔ)充0.7%的精氨酸能提高小腸血管生長(zhǎng)因子基因表達(dá)水平，改善腸道微血管循環(huán)，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收。

功能性氨基酸與腸道功能第12頁(yè)/共54頁(yè)

Argonmorphologyinthesmallintestineofearly-weanedpigs

(Zhanetal.,2008.J.Nut)

第13頁(yè)/共54頁(yè)ArgvillusheightandcryptdepthofweanedpigsafterEscherichiacolilipopolysaccharide(LPS)challenge

(Liuetal.2008.Bri.JNut.100,552–560)

第14頁(yè)/共54頁(yè)早期斷奶仔豬空腸和回腸絨毛（H.E,10×10）A：對(duì)照組空腸；B：0.6%精氨酸空腸；C：對(duì)照組回腸D：0.6%精氨酸回腸(Tanetal.,2008.AminoAcids.DOI:10.1007/s00726-008-0148-0)ABCD

第15頁(yè)/共54頁(yè)

ArgonimmunoreactiveexpressionofCD34

(Zhanetal.,2008.J.Nutr.138:1304–1309)第16頁(yè)/共54頁(yè)Argincreasingvascularendothelialgrowthfactor

(Zhanetal.,2008.J.Nutr.138:1304–1309第17頁(yè)/共54頁(yè)日齡精氨酸添加量（％）00.20.40.60.87-149b93ab108ab143a142a14-2115b170b186ab214a213a7-21128b132b140ab182a182a

代乳料中添加不同濃度精氨酸對(duì)7日齡斷奶仔豬平均日增重的影響（Yaoetal.,J.Nutr.138:867–872)

注：同行數(shù)據(jù)標(biāo)不同字母表示差異顯著（P<0.05）。與對(duì)照組比較，在代乳料中添加0.6~0.8%的精氨酸飼喂14d，平均日增重提高42％上述數(shù)據(jù)均表明，精氨酸缺乏是限制新生仔豬發(fā)揮最大生長(zhǎng)潛力的一個(gè)主要因素第18頁(yè)/共54頁(yè)

Argincreasingnitricoxide(A)andendothelin-1(B)concentration

(Zhanetal.,2008.J.Nutr.138:1304–1309)第19頁(yè)/共54頁(yè)細(xì)胞內(nèi)持續(xù)的蛋白質(zhì)合成和降解統(tǒng)稱(chēng)為細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)，這決定著細(xì)胞和組織內(nèi)的蛋白質(zhì)平衡及氨基酸的凈釋放量支鏈氨基酸、精氨酸和色氨酸等對(duì)蛋白質(zhì)合成有重要作用，既是蛋白質(zhì)合成的底物，又是合成過(guò)程的調(diào)節(jié)物，介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)節(jié)氨基酸作為一種營(yíng)養(yǎng)信號(hào)通過(guò)調(diào)控mTOR，激活蛋白質(zhì)翻譯起始過(guò)程，從而影響蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成和降解信號(hào)同時(shí)存在，組織蛋白質(zhì)降解主要通過(guò)細(xì)胞酶體和非溶酶體兩條途徑進(jìn)行。動(dòng)物蛋白質(zhì)降解也受某些氨基酸的影響

功能性氨基酸與細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)第20頁(yè)/共54頁(yè)器官日糧亮氨酸水平（％）1.881.611.34心臟36.6a27.7b30.8b小腸后段73.2a70.5ab59.1b小腸前段66.0b74.2a60.9b腎66.2a57.0b45.1c肝臟86.5a74.4b75.5b胰74.6a64.0b53.6c脾73.3a56.8b57.0b胃72.7a53.8b57.7b亮氨酸水平對(duì)組織器官蛋白合成速率的影響亮氨酸可顯著提高28日齡斷奶仔豬心臟、小腸后段、腎、肝臟、胰、脾和胃中的蛋白質(zhì)合成速率

(Yin.2008.FASEBJ

)第21頁(yè)/共54頁(yè)亮氨酸水平對(duì)肌肉(A)和肝臟(B)磷酸化4E-BP1含量的影響亮氨酸可提高肌肉和肝臟中4E-BP1磷酸化的含量，1.88和1.61%亮氨酸組肌肉中4E-BP1磷酸化含量比1.34%組分別提高29、19%，肝臟中則分別提高19、4%。提示亮氨酸在低蛋白日糧中可以提高斷奶仔豬的蛋白質(zhì)合成，通過(guò)調(diào)控蛋白起始翻譯因子促進(jìn)器官蛋白的起始翻譯

(Yin.

FASEBJ.20082:877.12

)。

第22頁(yè)/共54頁(yè)亮氨酸高亮氨酸提高肌肉和肝臟磷酸化rpS6含量Yinetal.

FASEBJ.200822:877.12第23頁(yè)/共54頁(yè)亮氨酸亮氨酸水平對(duì)肌肉和肝臟總mTOR含量的影響第24頁(yè)/共54頁(yè)日糧添加0.6％精氨酸7d后對(duì)肌肉和肝臟中mTOR磷酸化的影響

7日齡斷奶仔豬補(bǔ)充0.6%精氨酸，肌肉中mTOR磷酸化水平顯著提高，提示精氨酸可能通過(guò)調(diào)控蛋白起始翻譯因子促進(jìn)器官蛋白的起始翻譯，提高動(dòng)物機(jī)體的蛋白質(zhì)合成

(Yaoetal.,J.Nutr.138:867–872)第25頁(yè)/共54頁(yè)早期斷奶仔豬空腸和回腸絨毛

0.6％Arg提高肌肉eIF4G與eIF4E復(fù)合物的活性精氨酸0.6％Arg提高肌肉和肝臟中4E-BP磷酸化活性Yaoetal.,J.Nutr.138:867–872)第26頁(yè)/共54頁(yè)0.6％Arg提高肌肉和肝臟中S6K1磷酸化活性0.6％Arg提高肌肉和肝臟mTOR磷酸化活性

精氨酸Yaoetal.,J.Nutr.138:867–872)第27頁(yè)/共54頁(yè)蛋白質(zhì)合成率(10-3nmolPhe/ug蛋白/3h)細(xì)胞培養(yǎng)液中精氨酸的添加濃度精氨酸對(duì)豬胚胎滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞蛋白質(zhì)合成率的影響用不同濃度的精氨酸處理體外培養(yǎng)的豬胚胎滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞4d，能劑量依賴(lài)性地增加其蛋白質(zhì)合成率（Kongetal，2008）cba第28頁(yè)/共54頁(yè)ArgonintestinalmucosalproteinandDNAafterEscherichiacolilipopolysaccharidechallenge

(Liuetal.2008.Bri.JNut.100,552–560)

第29頁(yè)/共54頁(yè)

亮氨酸和精氨酸通過(guò)調(diào)節(jié)翻譯起始因子，激活肝臟和肌肉中mTOR信號(hào)通路，促進(jìn)蛋白合成第30頁(yè)/共54頁(yè)精氨酸是N-乙酰谷氨酸合成酶的變構(gòu)激活因子，因此精氨酸和谷氨酸使尿素循環(huán)維持在活躍狀態(tài)。丙氨酸可抑制丙酮酸激酶，從而調(diào)節(jié)糖異生和糖酵解過(guò)程，以確保食物缺乏時(shí)肝凈產(chǎn)生葡萄糖。天冬氨酸和谷氨酸可介導(dǎo)還原當(dāng)量通過(guò)線(xiàn)粒體膜，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的糖酵解和氧化還原狀態(tài)。精氨酸和苯丙氨酸能上調(diào)GTP環(huán)式水解酶-I的表達(dá)和活性，從而增加用于精氨酸合成NO和芳香族氨基酸羥基化作用的BH4的供給。功能性氨基酸與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝第31頁(yè)/共54頁(yè)精氨酸或其代謝產(chǎn)物可上調(diào)與線(xiàn)粒體生物合成和底物氧化有關(guān)的關(guān)鍵蛋白質(zhì)和酶的表達(dá)，從而減少肥胖動(dòng)物體脂的儲(chǔ)積。蛋氨酸、甘氨酸和絲氨酸在一碳基團(tuán)代謝、蛋白質(zhì)和DNA甲基化過(guò)程中起著重要作用，從而調(diào)節(jié)基因表達(dá)和蛋白質(zhì)活性。協(xié)調(diào)肝臟、骨骼肌、腸道和免疫細(xì)胞中的氨基酸代謝，為腎臟中氨的生成提供最多的谷氨酰胺，從而調(diào)節(jié)機(jī)體的酸堿平衡。功能性氨基酸與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝第32頁(yè)/共54頁(yè)精氨酸能促進(jìn)PGC基因表達(dá)，調(diào)節(jié)能量代謝利用代謝組學(xué)方法發(fā)現(xiàn)肥育豬日糧中添加精氨酸能降低血清超低密度脂蛋白、脂質(zhì)、甘油磷酸膽堿、膽堿、檸檬酸、1-甲基組氨酸、糖蛋白、二甲胺和三甲基氧化物，而增加血清中3-甲基組氨酸、甜菜堿、甲胺、丙酮酸、琥珀酸和酮體的濃度，進(jìn)一步證明精氨酸在能量物質(zhì)代謝中的重要作用精氨酸的添加增加了豬血清乙酰乙酸濃度而減少了β-羥基丁酸的濃度，表明肝臟的氧化能力增強(qiáng)，也提示精氨酸可增加脂肪酸的廣泛氧化

功能性氨基酸與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝第33頁(yè)/共54頁(yè)主要基于NMR和MS的代謝組學(xué)研究方法核磁共振質(zhì)譜第34頁(yè)/共54頁(yè)精氨酸改變養(yǎng)分代謝途徑提高氨基酸利用率Heetal.2008AminoAcids(inpress)第35頁(yè)/共54頁(yè)瘦肉率明顯提高，脂肪率下降精氨酸改善肉品質(zhì)

(Tanetal.2008.AminoAcids.DOI:10.1007/s00726-008-0148-0)第36頁(yè)/共54頁(yè)精氨酸與免疫功能促進(jìn)胰島素、生長(zhǎng)激素、泌乳素和IGF-1分泌，這些激素參與了精氨酸對(duì)免疫功能的調(diào)節(jié)作用

通過(guò)生成多胺和NO等活性分子影響免疫功能提供充足的精氨酸對(duì)淋巴細(xì)胞發(fā)育是必需的，日糧添加Arg增強(qiáng)各種免疫應(yīng)激模型的免疫功能(Tanetal.,2008.AminoAcids.DOI:10.1007/s00726-008-0148-0)

第37頁(yè)/共54頁(yè)ArgonintestinalIL-6,TNF-αandPPARγmRNAabundanceofweanedpigsafter6hEscherichiacolilipopolysaccharide(LPS)challenge

(Liuetal.2008.Bri.JNut.100,552–560)

第38頁(yè)/共54頁(yè)Arg00.2%0.4%0.6%0.8%IgG(mg/dL)21日381b426a448a431a427aIgM(mg/dL)14日3.90c7.83ab3.80bc10.5a13.2aIL-1β(ng/ml)21日0.042b0.047b0.042a0.04b0.071bArg增強(qiáng)免疫功能：IgG,IgM,IL-1β

Tanetal.,2008.AminoAcids.DOI10.1007/s00726-008-0155-1第39頁(yè)/共54頁(yè)Arg提高免疫細(xì)胞因子基因表達(dá)abababbbbbaba

a精氨酸第40頁(yè)/共54頁(yè)指標(biāo)日糧中的精氨酸添加水平（％）00.20.40.60.8IgG(mg/dL)Day7414±14.2442±9.2440±15.6468±13.2428±11.7Day14381±24.0b427±11.0a448±5.6a431±10.4a427±9.3aIgM(mg/dL)Day73.9±0.20c5.1±0.39c4.6±0.54c10.5±0.67b13.2±0.68aDay148.0±0.99c9.5±0.42bc12.9±1.79ab14.1±1.34a15.2±1.48a日糧精氨酸水平對(duì)7日齡斷奶仔豬血清免疫球蛋白濃度的影響

在代乳料中添加不同水平的精氨酸，飼喂7日齡斷奶，飼喂14天后，血清中IgG和IgM的含量均不同程度地升高(BieTan,etal.AminoAcids.DOI10.1007/s00726-008-0155-1)

第41頁(yè)/共54頁(yè)acccbabcbcbc日糧精氨酸水平對(duì)7日齡斷奶仔豬免疫器官指數(shù)的影響在代乳料中添加不同水平的精氨酸，飼喂7日齡斷奶，飼喂7天后，0.2和0.8%精氨酸組脾臟指數(shù)顯著升高，0.6%精氨酸組胸腺指數(shù)顯著升高(BieTan,etal.AminoAcids.DOI10.1007/s00726-008-0155-1)第42頁(yè)/共54頁(yè)環(huán)磷酰胺刺激下精氨酸增強(qiáng)仔豬的體液免疫功能

(Hanetal.,2008.AminoAcids,DOI10.1007/s00726-008-0184-9)第43頁(yè)/共54頁(yè)環(huán)磷酰胺刺激下精氨酸增強(qiáng)仔豬抗炎相關(guān)細(xì)胞因子的水平第44頁(yè)/共54頁(yè)環(huán)磷酰胺刺激下精氨酸增強(qiáng)仔豬的細(xì)胞免疫功能第45頁(yè)/共54頁(yè)環(huán)磷酰胺刺激下精氨酸改善了仔豬生長(zhǎng)性能第46頁(yè)/共54頁(yè)N-氨基甲酰谷氨酸在仔豬上的應(yīng)用效果是尿素循環(huán)中鳥(niǎo)氨酸生成瓜氨酸的中間體N-乙酰谷氨酸(NAG)的類(lèi)似物）4~14日齡哺乳仔豬口服NCG，可提高血漿精氨酸濃度68％，阻止生后血漿精氨酸濃度下降，體增重增加61％口服NCG可分別增加仔豬背最長(zhǎng)肌和腓腸肌中絕對(duì)蛋白合成30和21%第47頁(yè)/共5