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谷氨酰胺二肽在断奶仔猪饲料中应用的可行性
发布日期:2012-04-08  来源:饲料工业  浏览次数:1235
陈娟娟 车向荣谷氨酰胺(Gln)是唯一具有抗氧化和渗透特性的氨基酸,是动物肠、肝和免疫细胞优先利用的燃料,是抗氧化物的前体

陈娟娟 车向荣
谷氨酰胺(Gln)是唯一具有抗氧化和渗透特性的氨基酸,是动物肠、肝和免疫细胞优先利用的燃料,是抗氧化物的前体,并被认为是在炎症情况下的一个条件性必需氨基酸。在应激状态下,Gln通过动物肠道或非肠道减少细菌在细胞内的粘附来减少细菌移位的发生。Gln为蛋白合成提供氮的先体,是快速分裂细胞优先利用的呼吸燃料。已有大量研究证实,Gln能减轻断奶仔猪的腹泻,提高其生产性能。
Gln单体稳定性差,溶解度低,易形成对机体有害的焦谷氨酸和氨。Gln在液体中的分解速度取决于溶液温度、pH值和离子浓度。Gln二肽避免了Gln单体的缺点,且经二肽酶的水解可以释放出Gln。甘氨酰谷氨酰胺(Gly-Gln)和丙氨酰谷氨酰胺(Ala-Gln)是两种常用的人工合成的Gln二肽,其纯度可达100%,在水溶液中溶解度高,20 ℃时Gly-Gln和Ala-Gln在水中的溶解度分别为154、586 g/l,能耐受高温,常温下2年仍能保持稳定。
1 谷氨酰胺二肽的吸收与代谢
研究证明,肠道能以完整形式吸收小肽(主要是二肽、三肽)进入循环系统而被组织利用,肠道小肽的吸收是依靠肠粘膜上的肽类转运系统逆浓度进行的。肠粘膜肽类转运系统主要是具有pH值依赖性的非耗能性H+/Na+交换转运系统,转运过程依靠H+向细胞内的电化学质子梯度供能;当缺少H+时,依靠膜外的底物浓度进行,当存在细胞外高内低的H+时,则以逆底物浓度的生电共转运进行(Daniel等,1994)。小肽转运蛋白(PepT1)参与二肽、三肽的跨膜转运,由酸性、碱性和亲水性氨基酸组成的小肽都能被PepT1转运。猪PepT1mRNA仅存在于小肠中,有2.9 kb和3.5 kb两条带(Chen等,1999)。对mRNA分析表明,大多数猪小肠PepT1mRNA丰度在空肠中最高,其次为十二指肠,而在回肠中最低。小肠粘膜吸收Gln二肽有两种可能的途径:①Gln二肽在细胞外经胞膜二肽酶水解释放出Gln,再被肠粘膜吸收;②Gln二肽被转运到上皮细胞内,经胞质内二肽酶水解释放出Gln。有研究证明,肠粘膜上皮细胞胞质内和胞膜上均有二肽酶,但胞质内二肽酶活性高于胞膜上的。
动物和人体试验表明,Gln二肽在体内能被快速分解为氨基酸,再被机体利用合成蛋白质或用作氮源和能源,仅有微量(摄入量的1%~2%)Gln二肽从尿中排出。
Gln二肽在动物机体内能很快进行分解代谢。血浆、肝、肾、肠、脾以及骨骼肌等器官中均含有二肽酶,能分解Gln二肽。应用器官物质代谢平衡方法研究发现,给予Gln二肽后,肝、肾、肠和骨骼肌中的二肽都处于正平衡状态,说明它们都参与了Gln二肽的代谢。但不同的器官清除Gln二肽和利用Gln的能力不同。有研究表明,在给予Gln二肽之前,通过肠和肾的Gln平衡为净摄取,肝脏和骨骼肌的Gln平衡为中性。而给予Gln二肽后,肝脏Gln平衡为净摄取;肾脏为净释放,且与给予二肽的量成比例地增加或减少;肠和骨骼肌中Gln平衡却无明显变化。机体大部分Gln二肽都被肾分解为氨基酸,再被释放入血液中,被其它器官利用,尿中仅能检测到极微量的Gln二肽和Gln。
血液中Gln二肽的代谢可能有3种途径:①在血液循环中水解;②被血管壁膜上的二肽酶水解;③经主动转运或被动扩散,以完整形式进入细胞后再被酶水解。血液中存在水解二肽的酶,可以分解Gln二肽,但不是清除Gln二肽的主要形式。肝脏和骨骼肌内没有二肽转运系统,二肽的水解主要是通过血管壁膜上的二肽酶在细胞外水解,肝血窦内皮细胞以及骨骼肌血管内皮细胞上都发现存在水解二肽的酶,对Gln二肽的清除能起一定的作用。肾小管上皮细胞刷状缘上存在两类二肽转运系统(一类是高亲和力、低饱和性的,依赖H+浓度且受膜电位的影响;另一类是低亲和力、高饱和性的,不受H+浓度和膜电位的影响),能将二肽以完整形式转运到细胞内,再被水解利用。
Gly-Gln 和Ala-Gln在机体内的代谢存在一定的差异,但它们都能被有效地分解为氨基酸而被机体利用,因而都能用于替代Gln发挥作用。应用Gln二肽引起血液中Gln浓度升高的同时,也会引起Gln的载体氨基酸,如甘氨酸或丙氨酸的升高,从而造成血中氨基酸模式的改变。
2 谷氨酰胺二肽对断奶仔猪生产性能的影响
大量试验研究表明,Gln二肽能促进肠道细胞的修复及维持正常的局部免疫功能,从而减轻断奶对仔猪肠道的损伤并使修复提前,能减少断奶造成的仔猪生产性能下降和腹泻。杨彩梅等(2005)在28日龄断奶的杜长大仔猪日粮中分别添加0%、0.15%、0.3%、0.5%、0.6%甘氨酰-L-谷氨酰胺(Gly-L-Gln)和1% Gln,结果表明,添加0.3% Gly-L-Gln和1% Gln组显著提高断奶仔猪平均日增重,降低腹泻率。黄冠庆等(2003)在断奶仔猪饲粮中添加0.25%、0.5%甘氨酰谷氨酰胺,在添加后第10~21 d,试验组仔猪平均日增重均高于对照组,其中添加0.25%甘氨酰谷氨酰胺组仔猪日增重显著高于对照组。张勇等(2004)在35日龄断奶仔猪饲养试验中发现,添加Gln二肽组(0.5%)与对照组相比,日增重提高27.7%、料重比降低31.8%、腹泻率降低37.1%;与乳清粉组(3%)相比,日增重提高14.9%、料重比降低12.7%、腹泻率降低11.4%。Gln二肽与乳清粉协同组与对照组相比,日增重提高37.8%、料重比降低34.2%、腹泻率降低70.7%;与乳清粉组相比,日增重提高23.9%、料重比降低15.7%、腹泻率降低58.7%。由此可见,仔猪饲粮中添加Gln二肽能提高仔猪生产性能。
Gln二肽对断奶仔猪生产性能的提高主要是因为Gln二肽对仔猪肠道吸收功能的改善。杨彩梅(2005)的研究表明,断奶可使仔猪肠道吸收功能明显减弱,而且断奶21 d后仍不能恢复到正常水平。日粮中添加Gly-L-Gln和Gln可使肠道吸收功能得到明显改善,使断奶21 d后恢复到断奶前水平,这可能是因为Gln促进了肠道粘膜细胞的更新与再生,维持了粘膜的完整性。
3 谷氨酰胺二肽对断奶仔猪免疫功能的影响
Gln二肽分解成谷氨酰胺后,主要是通过参与淋巴细胞的代谢,影响多种激素以及细胞因子的分泌等方面对机体免疫应答发挥作用,它既是淋巴细胞和巨噬细胞的主要能源,又是淋巴细胞受抗原刺激后大量增殖分化中核苷酸合成的重要前体,使胸腺细胞计数增多,植物血凝素(PHA)有丝分裂原的产生增加,并且显著提高T淋巴细胞对有丝分裂原的反应性,有利于巨噬细胞在免疫应答过程中合成mRNA,释放大量分泌性细胞因子,如TNF、IL(白细胞介素),增强巨噬细胞吞噬能力。
周荣艳(2004)的研究发现,在体外细胞培养液中,Ala-Gln在一定的浓度范围对体外培养的早期断奶仔猪肠系膜淋巴结细胞增殖有促进作用,浓度在1 mmol/l时刺激指数最大,且与浓度为2 mmol/l游离Gln作用效果相似。刘涛等(2002)研究发现,在饲粮中添加1.0% Gln可提高仔猪断奶后短期内血液CD4+数量和CD4+/CD8+比值,从而增强仔猪细胞免疫机能,但并不影响外周血T淋巴细胞的增殖能力;在断奶后5 d,对照组仔猪小肠粘膜中S-IgA阳性细胞数和IL-6基因表达量较断奶前显著降低(P<0.05),试验组S-IgA阳性细胞数和IL-6基因表达量均与断奶前无显著差异;在断奶后11 d时,试验组与对照组之间上述指标均无显著差异。邹晓庭等(2005)研究表明,饲粮中添加Gln可提高断奶仔猪血清IgA、IgG 和IgM水平,提高肠系膜淋巴结细胞的体外增殖率,提高肠系膜淋巴结和空肠粘膜中DNA含量。
4 谷氨酰胺二肽对断奶仔猪抗氧化能力的影响
Gln是肠粘膜细胞的主要能源物质,并参与机体内还原型谷胱甘肽(GSH)的合成。动物机体内GSH和超氧化物歧化酶(SOD)在清除自由基和维持细胞的结构方面具有重要的作用。曾翠萍(2004)在21日龄断奶仔猪饲料中分别添加0.3% Gln,0.15%、0.3% Gly-Gln,结果显示,添加0.15%、0.3% Gly-Gln组血清SOD水平在35和49日龄时显著高于对照组(P<0.05);添加0.15%的Gly-Gln最有利于组织(肝、脾、肠粘膜)SOD水平的提高,添加0.3% Gln和0.3% Gly-Gln对各组织中SOD水平无明显影响;添加0.3% Gln和0.15%、0.3% G1y-Gln均能提高肝脏和回肠中GSH-Px活性,且0.15%Gly-Gln对肝脏的作用最明显,对脾脏、十二指肠中GSH-Px活性影响不大;0.15%、0.3% Gly-Gln都能显著提高空肠GSH-Px活性,0.3% Gln对空肠GSH-Px的影响不大。席鹏彬等(2005)报道,高剂量(0.50%)Gln二肽可显著提高血清SOD水平。张军民等(2001)报道,日粮中添加Gln可以增加仔猪肝脏和肠系膜淋巴结中GSH水平,但仔猪脾脏和肝脏中SOD均显著降低。日粮Gln可提高早期断奶仔猪肝脏中GSH的水平,有改善机体抗氧化功能的趋势,但与对照组相比无显著差异。对全血中GSH和谷胱甘肽过氧化酶活性无显著影响。余晓明等(2003)探讨Gln二肽对急性胰腺炎大鼠自由基代谢及抗氧化作用的影响,结果发现,经颈脉注射2.5 g/kg Ala-Gln 预处理后,各时间点动物血浆GSH、 SOD浓度均显著升高,而MDA浓度则明显降低,表明应用Ala-Gln可有效升高血浆还原型GSH浓度,减少氧自由基的产生,减轻氧自由基对机体的损害。
5 谷氨酰胺二肽对内分泌激素水平的影响
曾翠萍(2004)的研究表明,日粮中添加0.15% Gly-Gln可显著提高血清中IGF-I胰岛素水平和胰岛素与胰高血糖素比值,降低仔猪血清IGFBP-3水平,对49日龄仔猪肝脏组织中IGF-I含量也有一定程度的提高,而增加Gly-Gln的添加量对IGF-I分泌没有明显的促进作用。日粮添加适量的Gly-Gln能明显降低49 日龄仔猪下丘脑CRH的分泌(P<0.05),并有降低皮质醇分泌的趋势。黄冠庆(2003)的试验表明,在饲粮中添加0.25%、0.5% Gly-Gln可提高断奶仔猪在31和42日龄时血液中的三碘甲腺原氨酸(T3)、游离甲状腺素(T4)和胰岛素的含量,其中饲粮中添加0.5% Gly-Gln可显著提高断奶仔猪在31日龄时的血液中T3水平和显著提高断奶仔猪42 日龄时的血液中胰岛素水平。添加0.25%、0.5% Gly-Gln有提高断奶仔猪在31和42日龄时血液中IGF-I水平的趋势;可降低断奶仔猪血液中皮质醇水平。
6 谷氨酰胺二肽在断奶仔猪上的应用前景
大量的动物试验证明,Gln对动物机体生长和免疫机能具有增强作用,虽然Gln二肽在畜禽生产中的应用目前还不是很多,但从理论上和一些已经在畜禽生产上应用的结果来看,应用Gln二肽是安全有效的,它与Gln的生理作用没有明显的差别,可以用来代替Gln。目前面临的问题是,化学合成法生产的Gln二肽产量较低,成本较高。有人研究用生物工程菌来生产Gln二肽,应该是一条很有潜力的途径。如果能在断奶仔猪上广泛地应用Gln二肽,将能有效地解决断奶仔猪因Gln不足引起的腹泻这一养猪生产问题,会给养猪业带来很好的经济效益。
参考文献
1 Petra G Boelens, Alexander PJ, Houdijk. Plasma taurine concentrations increase after enteral glutamine supplementation in trauma patients and stressed rats[J]. American Journal of Clinical Nutrition, 2003,77(1):250~256
2 Mittendorf B, Gore D C, Herndon D N, et al. Accelerated glutamine synthesis in critically ill patients cannot maintain normal intramuscular free glutamine concentration[J]. JPEN J Parenter Enteral Nutr., 1999,23:243~250
3 Newsholme EA, Crabtree B, Ardawi MSM. The role of high rates of glycolyses and glutamine utilization in rapidly dividing cells[J]. Biosci Rep., 1985,5:393~400
4 Daniel H. Function and molecular structure of brush border membrane peptide/H+ symporters[J]. J. Membr. Biol., 1996,154:197~203
5 Chen H, Wong E A, Webb K E. Tissue distribution of apeptide transporter mRNA in sheep, dairy cows, pigs, ch ickens[J]. J. Anim Sci.,1999,77:1 277~1 283
6 曾翠萍. 甘氨酰谷氨酰胺对早期断奶仔猪的促生长作用及其机制.华南农业大学博士学位论文, 2004
7 Adihi SA. Experimentable base for use of peptide as substrates for parenteral nutrition: A review Metabolism. 1987, 36:1 001~1 006
8 Adibi SA. Intraveious use of glutamine in peptide form clinical application of old and new observations. Metabolism. 1989,18:892~896
9 桑剑锋.丙氨酰谷氨酰胺二肽的代谢及在肠外营养中的应用[J]. 肠外与肠内营养, 2001,8:(1)46~49
10 Abumrad N N, Morse E L ,Lochs H ,et al. Possible source of glutamine for parenteral nutrition impact on glutamine metabolism[J]. Ani. J. Physiol., 1989,257: 288~291
11 Daniel H, Morse E L, Adibi S A . The high and low affinity transport system for dipeptide in kidney brush border membrane respond differently to alteration in pH gradient and membrane potential[J]. Biol. Chem., 1991,261:19 917~19 921
12 杨彩梅,徐卫丹,陈安国,等.甘氨酰-L-谷氨酰胺对断奶仔猪生长性能及肠道吸收功能的影响[J]. 中国畜牧, 2005,41(8):6~7
13 黄冠庆,傅伟龙,高萍,等.甘氨酰谷氨酰胺二肽对断奶仔猪生长性能及血液激素水平的影响[J].华南农业大学学报,2003,24(3):66~68
14 张勇,李树忠,段丽娟,等. 谷氨酰胺二肽饲喂仔猪的效果[J]. 畜牧兽医, 2004, 36(2):21~22
15 周荣艳. 谷氨酰胺及丙氨酰谷氨酰胺对早期断奶仔猪肠上皮细胞增殖和肠道免疫的影响[D].华中农业大学研究生学位论文,2004
16 刘涛,彭健,周诗其,等.外源性谷氨酰胺和谷氨酸对早期断奶仔猪肠粘膜形态、结构和小肠吸收功能及骨骼肌中DNA、RNA浓度的影响[J].中国兽医学报,2003,23(1):62~65
17 尹兆正,邹晓庭,钱利纯,等. 谷氨酰胺对断奶仔猪免疫功能的影响.中国兽医学报,2005,25(5):536~538
18 席鹏彬,林映才,朱选,等. 谷氨酰胺二肽对断奶仔猪生长性能、细胞免疫及血液生化指标的影响[J]. 畜牧兽医学报,2005,36(9):900~905
19 张军民,王连递,高振川,等. 日粮添加谷氨酰胺对早期断奶仔猪抗氧化能力的影响[J]. 畜牧兽医学报,2002,33(2):105~109
20 刘涛. 谷氨酰胺对早期断奶仔猪肠道营养与免疫功能影响机理[D]. 华中农业大学博士学位论文,2002
21 余晓明,陈纪伟,周雪峰,等.谷氨酰胺二肽对急性胰腺炎大鼠自由基代谢的影响[J].武汉大学学报(医学版),2003,24(3):251~253

(编辑:王 芳,xfang2005@163.com
陈娟娟,山西农业大学动物科技学院动物营养实验室,030801,山西太谷。
车向荣(通讯作者),单位及通讯地址同第一作者。
收稿日期:2007-02-25
★ 山西省科技攻关项目(编号为041045)

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