日粮氨基酸在维持或改善断奶仔猪肠道健康中的基本作用

徐运杰，宁书芹，苏双良，孙丙勇

（1.山东和美集团有限公司，山东 惠民 251700；2.唐人神集团股份有限公司，湖南 株洲 412000；3. 滨州和美绿色畜牧有限公司，山东 惠民 251700；4. 滨州市农业技术推广局，山东 滨州 256600）

毫无疑问，健康的胃肠道对猪只在生命的各个阶段的整体营养代谢、身体活动、身体健康和生产效率方面至关重要。在实际生产中，当仔猪断奶后，由于营养和环境的变化，往往出现不同程度的腹泻，并可持续1～2 周。断奶腹泻或肠道紊乱通常会给养猪业造成巨大的经济损失，事实上，在断奶后的一段期间，即使在最佳饲养条件下，仔猪的生长潜力也可能不足50%。现代养猪业中，母猪的窝产仔数增加（12～15头或更多）、平均初生体重降低和早期断奶（从过去的6～8周龄到现在的3～4周龄）已使养猪行业面临更大的挑战。这就是为什么在养猪科学和生产领域有广泛的兴趣来开发管理和饲养策略，以刺激断奶仔猪的肠道发育和增强肠道健康，同时尽量减少或禁止使用抗生素和氧化锌。文章的重点是强调在不使用饲料添加剂的情况下，日粮氨基酸（Amino Acid，AA）对刺激断奶仔猪肠道发育、健康和功能方面的基本作用。需要指出的是，尽管文章的重点是断奶仔猪，但一些理论概念和实际效果也与其他阶段的猪相关。

1 氨基酸对肠道形态的影响

肠道形态，或胃肠道的解剖和组织结构，无疑是胃肠道所起的大量生化和生理功能的物理基础，如饲料消化和养分吸收。肠道形态完整性和健康状况的最重要测量参数是 绒 毛 高 度（villus height，VH）、隐 窝 深 度（crypt depth，CD）和VH∶CD比率（VCR）。绒毛是指向肠腔的指状突起，而隐窝是绒毛之间的内陷。VH增加表明肠道对可利用养分具有更大的吸收能力，而CD减少则表明上皮细胞更新的代谢成本降低。因此，CD值越高（意味着隐窝越深）表明上皮细胞更新速度越快，以应对病原体或化学毒素引起的炎症。然而，Min等研究解释说，更深的CD表明肠细胞增殖增加，绒毛表面积增加，黏蛋白分泌增加（因为杯状细胞主要存在于隐窝中），因此营养吸收更好。总的来说，一个大众普遍被接受的概念是小肠VH的减少、CD的增加和VCR的减少与绒毛萎缩有关，而绒毛萎缩反过来会导致刷状缘酶（如乳糖酶和蔗糖酶）的特定活性降低。

谷氨酰胺（Gln）是肠上皮细胞的重要能量来源，参与许多关键代谢过程，如蛋白质和核酸的生物合成、糖异生和器官间氮转移。Ehrensvard等第一个描述了谷氨酰胺在细胞存活和增殖中的重要性，添加Gln可以降低肠细胞和淋巴细胞对凋亡的敏感性。Gln可以作为一种底物，在所有的细胞中作用于生产烟酰胺、磷酸腺嘌呤、核苷酸、嘌呤、嘧啶、抗氧化剂和许多其他与细胞完整性和正常功能有关的生物合成途径。在免疫系统中，细胞在营养受限的微环境中发挥作用，虽然在动物体内，葡萄糖是最重要的代谢物和细胞的主要能量，但是在分解代谢条件下，如营养不良、应激和疾病感染，免疫细胞利用Gln的比率高于或等于葡萄糖。谷氨酸（Glu）是肠内合成谷胱甘肽（GSH）、精氨酸（Arg）和脯氨酸（Pro）的特殊前体，可通过谷氨酰胺酶在小肠内由Gln产生。尽管在任何条件下，Glu是否能有效替代日粮中的Gln尚不清楚，但已经研究证明，向哺乳和断奶仔猪日粮中补充Gln或Glu可改善其全身健康和生长性能，这与肠道的形态和健康改善有关。Cabrera等报道，在断奶前后的乳仔猪日料中添加Gln或氨基谷氨酰胺（AminoGut，一种含有10% Gln和10% Glu的商品饲料添加剂），由于肠道健康的改善，从而显著提高了仔猪的饲料转化率。在各日粮处理中，添加1% Gln组的VH最大，而添加0.88% AminoGut组的CD最深。Lin等报道，日粮中添加2% Glu，改善了断奶仔猪的小肠结构、空肠黏膜质量和屏障功能，增加了空肠黏膜中谷草转氨酶（GOT）的活性和谷氨酰胺合成酶（GS）的mRNA表达水平。此外，日粮中添加2% Gln能缓解断奶仔猪去势相关的应激状态和炎症反应，提高仔猪免疫力、生长和发育。

精氨酸（Arg）是猪在所有生产阶段的条件必需AA，哺乳仔猪的母猪乳中Arg含量明显不足，断奶仔猪的典型玉米和豆粕型日粮（不添加血浆或鱼粉）中Arg含量也相对较低。断奶仔猪的Arg生物合成也不足，这是由于其他AA如Gln、Glu和Pro摄入不足和线粒体N-乙酰谷氨酸合酶活性低所致。Wu等报道，在以玉米和豆粕为基础的日粮中添加0.6%的精氨酸会增加21～28日龄断奶仔猪十二指肠、空肠和回肠中的VH，以及空肠和回肠中的CD，增强肠道中热休克蛋白70（HSP70）的基因表达、肠道生长和完整性。在断奶前日粮（代乳品）中添加0.8%精氨酸可改善仔猪十二指肠、空肠和回肠中的VH、增加了小肠黏膜蛋白质的含量，证明了断奶前代乳品中补充精氨酸对断奶后早期肠道生长和发育的促进作用 。

含硫AA，如蛋氨酸（Met）和半胱氨酸（Cys），可通过减少氧化应激和改善黏膜细胞中GSH的生成，也有利于维持肠道形态。肠腔微生物负责肠道内日粮Met的分解代谢。与Met缺乏日粮相比，断奶后日粮中补充Met，仔猪的空肠VH较高，十二指肠CD较低，小肠三个肠段的VCR均增加。对哺乳和断奶仔猪的研究还表明，在饮用水中添加液体Met类似物，可以通过增加十二指肠、空肠和回肠的VH以及空肠和回肠的VCR来改善肠道形态。Cys被动物肠道广泛利用。断奶仔猪的肠道利用了25%的日粮Cys摄入量，用于黏膜上皮生物活性化合物（如GSH和黏蛋白）的合成。

苏氨酸（Thr）在肠道中具有很高的利用率，是肠道黏液蛋白的主要成分，含量占黏液糖蛋白的40%。由于Thr在黏蛋白合成和屏障完整性中起着关键作用，因此，日粮Thr供应对肠道形态的维持和发育至关重要。日粮中Thr含量高于NRC标准后，改善了断奶仔猪的肠道形态结构，空肠绒毛和隐窝中杯状细胞的密度增加。当日粮中真可消化Thr水平达到0.89%，可促进仔猪肠道黏液蛋白的产生，而这不仅与其可改善黏液蛋白基因的转录，而且可能与其激活蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路有关。当然，日粮Thr的缺乏或过量都会对乳仔猪肠黏膜蛋白（如黏蛋白）的合成产生不利影响。

最后，日粮补充色氨酸（Trp）能促进断奶仔猪肠道屏障健康，提高生长性能、机体抗氧化能力和免疫力，增加抗菌肽表达，增加有益菌且减少有害菌的相对丰度，增强断奶仔猪对致病性大肠杆菌侵袭的防御作用，降低仔猪腹泻发生。断奶仔猪饲粮适宜的Trp/Lys比值为0.18。Wang等报告，口服Pro（25 mg/kg体重）可改善早期断奶仔猪的黏膜增殖、肠道形态以及紧密连接和钾通道蛋白表达，并对应激损伤后的上皮恢复和屏障功能具有意义。

2 氨基酸对肠道菌群的影响

肠腔微生物群是一组形成复杂微生态系统的微生物，不仅对肠道健康，而且对猪只全身健康和生长性能具有广泛的生物学效应。研究表明，日粮AA对主要由细菌组成的肠道微生物群的代谢和组成有显著影响。肠道细菌发酵产生的主要代谢产物是短链脂肪酸（又称挥发性脂肪酸），通过降低肠道pH和调节微生物种群，特别是通过刺激有益细菌的生长，在维持肠道健康方面起着关键作用。大肠中的细菌（如盲肠）对未消化的饲料成分进行广泛发酵，负责有害物质的解毒和防止病原菌的定植。

Thr主要在肠道内代谢，参与黏蛋白和γ-球蛋白在内的功能蛋白的生物合成。越来越多的研究表明，日粮中添加Thr有利于改善畜禽肠道微生物群的组成，恢复细菌多样性，增加了有益菌的数量。这一效应的一个解释可能是黏蛋白基因表达上调，因为黏蛋白不能在小肠内消化，因此会到达盲肠，充当分解糖细菌的底物。众所周知，日粮Lys在肠道中的广泛分解代谢由肠腔细菌而不是肠细胞负责，因此，可以假定，日粮Lys限制可以显著影响肠道微生物群。Yin等首次报道，限制日粮Lys，抑制了肠道Lys转运，提高了采食量，增强了细菌多样性，影响AA代谢、膜运输、内分泌系统、碳水化合物代谢以及细胞信号转导、复制和修复。此外，Trp在肠道中由几个属的细菌代谢。日粮中添加Trp会断奶仔猪的肠道微生物组成和多样性，激活了芳香烃受体信号，并下调了大肠中炎性细胞因子的表达。日粮中添加L-谷氨酸钠可以通过促进预防炎症的益生菌的普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）和罗氏菌（Roseburia）的定植，显著增加生长猪肠道微生物群落的多样性。

3 氨基酸对肠道免疫功能的影响

肠道是机体最大的免疫器官，其黏膜防御机制分为两个部分：先天免疫和获得性和适应性免疫，二者相互结合，共同保护肠道，进而保护整个身体免受疾病的侵袭。黏膜免疫系统包含超过1万亿个淋巴细胞，其抗体浓度高于机体内任何其他组织。能够保护肠道免受有害病原体的侵害，也能诱导肠道对共生微生物和日粮抗原的耐受。

新生仔猪和断奶仔猪的肠道免疫系统都发育不成熟。因此，仔猪断奶通常伴随着严重的生长受阻和腹泻。研究表明，某些AA在维持肠道免疫功能方面非常重要。日粮补充Gln可以刺激先天免疫和适应性免疫，使巨噬细胞和上皮内淋巴细胞密度增加。Wu等在小鼠模型中报告，补充Gln可通过调节肠道微生物群以及T细胞依赖和非依赖途径，增强肠道分泌性IgA的产生。日粮中添加1%的Gln能够在一定程度上改善脂多糖（LPS）诱导肠道损伤后断奶仔猪的免疫力，减轻应激反应造成的机体损伤。因此，谷氨酰胺是“免疫系统的能量”，在分解代谢条件下，仔猪日粮中需要补充Gln。

对于Arg，许多研究已确定其在人类和动物肠道免疫中的重要作用。作为一种中枢肠道代谢物，Arg除了作为蛋白质合成的组成部分外，还作为一种调节分子，限制肠道改变和维持肠道免疫功能。Corl等研究报告，在轮状病毒肠炎早期，Arg通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白/核糖体40S小亚基S6蛋白激酶（mTOR/P70S6K）的非依赖机制降低跨上皮通透性，从而对仔猪的肠道屏障系统产生有益影响。苟昌勇等研究表明，适宜添加Arg水平可改善仔猪肠道结构和免疫功能，过高添加则加剧肠道损伤，28～42日龄中等腹泻仔猪，日粮Arg适宜水平为1.4%。

Thr是肠道黏液的基本成分，通过参与黏蛋白合成和维持肠道屏障完整性来维持肠道免疫功能。此外， Thr是γ-球蛋白中浓度最高的AA。对仔猪研究表明，体液抗体的产生和血清特异性IgG浓度都随着回肠可消化Thr摄入量的增加而增加。Zhang等研究报道，在日粮中添加0.2%Thr可改善宫内生长迟缓（IUGR）断奶仔猪的肠黏蛋白合成和免疫功能，促进IUGR仔猪回肠杯状细胞分化，减轻炎症反应。总之，Thr对于保护肠道黏膜屏障和肠道免疫功能非常重要。

Met是几个重要生化过程的甲基供体，如DNA甲基化和多胺合成，这些生化过程在免疫挑战期间对增强免疫细胞增殖非常重要。在免疫系统刺激过程中，利用Cys产生与免疫反应有关的化合物，使牛磺酸和谷胱甘肽大量增加。牛磺酸在白细胞中含量特别丰富，白细胞是一组遍布全身的免疫细胞。免疫系统刺激可引起胃肠道的形态和生理变化，并影响猪的营养利用。Rakhshandeh等报道，给生长猪注射LPS刺激免疫系统降低了全身氮硫比平衡，表明含硫AA优先用于生产非蛋白质化合物，如GSH，以增强全身免疫状态。这些结果表明，猪只在免疫激发状态下需要更多的Met和Cys。

4 氨基酸的抗氧化功能

动物的肠道具有相当复杂的抗氧化系统。在仔猪机体中，断奶应激是肠道屏障功能丧失以及肠道炎症和功能障碍的主要原因，这与自由基生成增加、抗氧化防御能力降低和消化酶活性降低有关。自由基，尤其是活性氧（ROS）可损伤细胞大分子，如蛋白质、脂质和DNA，这些损伤可诱导细胞氧化应激并损害肠黏膜上皮的完整性，进而导致严重的健康问题。在仔猪断奶过程中，采取营养措施帮助或增强动物内源性抗氧化系统尤为重要。

一些AA可以通过谷胱甘肽（GSH）发挥其抗氧化功能，GSH是一种主要的细胞抗氧化剂。Met和Cys被认为是内源性抗氧化剂，可以改善黏膜细胞中GSH的生成，降低了氧化应激，保护许多蛋白质免受氧化损伤。当生长猪面临饲料中Met供应不足时，在不同组织中观察到抗氧化系统的一些复杂但协调的反应。牛磺酸是由Cys产生的另一种含硫AA，也是一种细胞抗氧化剂，也是一种细胞膜稳定剂。

在各种AA中，Glu和Gln是小肠黏膜的主要氧化能量来源。Yin等报道，Glu通过提高超氧化物歧化酶、总抗氧化能力和一氧化氮水平，减轻了由敌草快诱导的仔猪氧化应激。日粮中补充Gln之所以对减轻炎症性疾病症状和保护肠道免受氧化应激损伤具有有益作用，是因为谷氨酰胺酶在小肠内很容易将Gln转化为Glu。 因此，当谷氨酰胺酶活性较低时，Glu可能是比Gln更好的肠细胞的能量来源。

Trp对氧化应激具有抗氧化作用，而Trp代谢产物，如褪黑素、3-羟基犬尿氨酸和3-羟基邻氨基苯甲酸，也是抗氧化剂。Shen等报道，仔猪日粮中添加Trp可降低血浆和下丘脑中的MDA含量，这表明Trp具有抗脂质过氧化的抗氧化作用。关于Arg，Zheng等研究表明，Arg通过增强抗氧化能力和抑制炎性细胞因子的表达来减轻氧化应激反应，提高断奶仔猪的抗氧化能力。

5 氨基酸的抗炎作用

炎症是一种涉及免疫细胞、血管和分子介质的生理性保护反应，是免疫系统通过先天免疫机制对感染、有害刺激或氧化应激的第一反应。肠道免疫反应可导致炎症反应和抗体分泌。肠道炎症与肠道通透性增加有关，可能导致毒素、过敏原、病毒甚至细菌移位。促炎细胞因子的测定可以提供一些关于局部黏膜炎症程度的信息。

研究表明，一些AA可以减轻肠道炎症。Chau等利用小鼠作为模型研究表明，日粮补充Arg降低了编码白细胞介素-4（IL-4）的回肠转录物mRNA的表达，IL-4是肠肥大细胞增多和大分子通透性的关键介质。数据表明，提高生物可利用性Arg可改善肠道炎症和病理变态。Arg分解代谢酶（如Arg酶和NO合成酶）活性的改变有助于改善过敏性炎症；Arg酶通过将Arg转化为鸟氨酸来增强上皮屏障功能。最近的研究表明，NO合成酶可以通过调节骨髓细胞和淋巴细胞的活化来抑制炎症。炎症单核细胞和树突状细胞中诱导型NO合成酶产生的NO可调节炎症细胞因子的产生、细胞分化和存活。通过口服Arg或其前体瓜氨酸来调节Arg酶和NO合成酶所介导的代谢途径是一种有效和实用的营养策略，可以通过抑制肠道炎症和病理，调节黏膜免疫稳态。

大量证据也表明甘氨酸（Gly）具有抗炎和细胞保护作用。虽然其保护作用的机制尚不清楚，但可能是多因素的，包括对靶细胞的直接作用、甘氨酸门控氯通道的抑制或炎性细胞激活的抑制。Jacob等研究表明，Gly通过抑制细胞凋亡对肠系膜缺血、再灌注损伤具有保护作用。尽管添加Thr并不能使饲喂以玉米、小麦和豆粕为基础、不含动物蛋白的简单日粮引起的断奶仔猪的肠道炎症正常化，但是Chen等研究表明，添加Thr（3.0 g/kg日粮）可以减轻LPS诱导的早期肉鸡的炎症反应和肠道屏障损伤。

6 氨基酸的解毒作用和肠道功能障碍的逆转作用

由天然毒素或微生物毒素引起的肠道屏障功能障碍可为外源性病原体或致病性抗原的入侵打开“门”。很多研究表明，AA可以减轻毒素的副作用和肠道屏障功能障碍。Duan等研究表明，Glu可作为一种营养调节因子，可改善真菌毒素引起的不良反应。添加2% Glu对饲喂霉菌污染饲料的猪的生长性能具有潜在的积极影响，改善了由真菌毒素引起的抗氧化系统失衡和肠道结构异常。虽然甜、咸、酸、苦和鲜味五种基本味道已经被认识了几个世纪，但味觉受体家族直到最近才从舌味蕾中克隆出来。Akiba等研究表明，Glu通过激活多个味觉受体（最可能是mGluR4和T1R1/3）、辣椒素敏感传入神经和COX信号途径，增强十二指肠黏膜防御机制，恢复黏膜血液循环和AA代谢，保护黏膜免受损伤，并防止肠细胞凋亡。

Gln是肠细胞的一种独特营养素，具有双重信号传导和增强生长因子的作用，这些生长因子控制细胞损伤后的增殖和重建。对于人来说，Gln是维持肠道结构、代谢和功能的重要AA，尤其是在肠道黏膜屏障受损的危重疾病期间。Kessel等报道，肠内喂养Gln可抑制LPS内毒素血症对大鼠小肠黏膜的损伤。在小鼠中，补充Gln可以阻断乙醇诱导的肠道通透性，保护结肠上皮紧密连接和黏附连接。Xue等报道，在坏死性肠炎暴发和恢复期间，添加Gln改善了空肠和回肠的结构，从而有利于肉鸡的肠道功能。

Gly不仅是合成一些重要生物分子（如葡萄糖和谷胱甘肽）的基本底物，而且还通过结合内源性或外源性毒素用于生化解毒。一项用大鼠作为模型的研究表明，局部Gly灌注减少了小肠黏膜的缺血/再灌注损伤，使黏膜蛋白质和黏膜DNA含量增加，维持黏膜谷氨酰胺酶活性。Cys除了具有已知的免疫和抗氧化作用外，还可以抑制促炎因子和趋化因子基因表达，减轻右旋糖酐硫酸钠引起的肠道通透性增加，显著改善结肠组织学，这表明日粮中补充Cys有助于肠黏膜稳态的恢复。Lys还可作为肠道血清素5-HT4受体的颉颃剂，以减少应激相关腹泻和焦虑，并可调节肠道运动功能。在霉菌污染的饲料中添加1% Arg可改善真菌毒素引起的肠道异常，对生长猪真菌毒素中毒起到保护作用。

7 结语

饲料中添加单体AA已经成为一种商业方法来饲养畜禽以获得最佳的肌肉生长。然而，近年来，关于AA对肠道健康作用的大量知识为营养学家重新考虑当前猪对AA的需求提供了充足的科学依据。如上所述，几种AA对维持或改善断奶仔猪的肠道健康特别有益。一些AA为肠上皮细胞的生长和增殖提供能量，另一些AA为肠腔微生物群提供营养，以维持其多样的组成和功能。此外，不同AA的类型和水平可以不同或类似地影响肠道形态和功能。Thr、Arg、Gln、Met和Cys有利于保护肠道屏障功能和维持肠道黏膜免疫。Gln、Arg、Thr、Met和Cys可通过改善肠道免疫功能、抗炎能力和抗氧化能力，帮助缓解仔猪断奶后的应激。Gln、Glu、Gly和Cys有助于在损伤后重建肠道结构，并在疾病条件下逆转其功能障碍。此外，Met、Lys、Thr和Glu在影响肠腔中不同细菌的生长中起着重要作用。当前，商品饲料中已全面禁止使用抗生素作为生长促进剂，进一步探索单个AA和AA之间的互作对仔猪肠道健康的影响具有十分重要的意义。