功能性氨基酸營養(yǎng)研究進展

功能性氨基酸營養(yǎng)研究進展第1頁/共54頁報告提綱1.功能性氨基酸的概念2.功能性氨基酸與胎兒/新生動物生長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/共54頁營養(yǎng)不良和感染是世界范圍上動物成活、健康、生長和繁殖后代的主要威脅。蛋白質(zhì)攝入缺乏仍是目前動物生產(chǎn)面臨的一個嚴(yán)重的營養(yǎng)問題。蛋白質(zhì)營養(yǎng)不良增加了動物對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)代謝和生理過程中具有多種獨特的功能，從而影響動物健康和生產(chǎn)功能性氨基酸概念的提出第3頁/共54頁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，其不僅對動物的正常生長和維持是必需的，而且對多種生物活性物質(zhì)的合成也是必需的。種類包括：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)胎兒和新生動物發(fā)育、細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)、營養(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/共54頁功能性氨基酸與胎兒/新生動物生長亮氨酸、谷氨酰胺和精氨酸對妊娠期胚胎、胎盤和胎兒的發(fā)育具有重要作用以精氨酸為主的代謝途徑在孕體生長發(fā)育過程中至關(guān)重要，這些營養(yǎng)物質(zhì)可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)和細(xì)胞增殖對胚胎發(fā)生、血管生成、胚胎著床、胎盤生長和發(fā)育、血流量和胎兒生長發(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/共54頁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/共54頁

妊娠期在日糧中添加精氨酸對大鼠繁殖性能的影響對照組精氨酸添加組試驗1(n=12；整個妊娠期添加)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％。這對預(yù)防妊娠早期胚胎丟失，提高哺乳動物繁殖性能具有重要的啟示作用(Zengetal,2008.JNutr,138:1421-1425)。第7頁/共54頁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/共54頁00.40.81.2Sow'sMilkPigletBody母乳中精氨酸/賴氨酸值和仔豬重(d7)Arginine/LysineRatioWuGandKnabeDA(1994)JNutr124:415-424.WuGetal.(1999)JNutr129:1031-1038.Means±SEM,n=10第9頁/共54頁

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/共54頁氨基酸是腸道生長發(fā)育的重要營養(yǎng)支持，谷氨酰胺、精氨酸和半胱胺酸等能氧化供能，促進細(xì)胞增殖和粘膜發(fā)育；合成NO和多胺，增強腸道免疫屏障，對維護腸道正常形態(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/共54頁精氨酸在體內(nèi)能合成NO，促進多胺、胍氨酸、鳥氨酸、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；促進下丘腦釋放生長激素，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，增強機體免疫力。Zhan等（2008）研究發(fā)現(xiàn)早期斷奶仔豬補充0.7%的精氨酸能提高小腸血管生長因子基因表達水平，改善腸道微血管循環(huán)，促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收。

功能性氨基酸與腸道功能第12頁/共54頁

Argonmorphologyinthesmallintestineofearly-weanedpigs

(Zhanetal.,2008.J.Nut)

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

(Liuetal.2008.Bri.JNut.100,552–560)

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

第15頁/共54頁

ArgonimmunoreactiveexpressionofCD34

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

(Zhanetal.,2008.J.Nutr.138:1304–1309第17頁/共54頁日齡精氨酸添加量（％）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)揮最大生長潛力的一個主要因素第18頁/共54頁

Argincreasingnitricoxide(A)andendothelin-1(B)concentration

(Zhanetal.,2008.J.Nutr.138:1304–1309)第19頁/共54頁細(xì)胞內(nèi)持續(xù)的蛋白質(zhì)合成和降解統(tǒng)稱為細(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，又是合成過程的調(diào)節(jié)物，介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)節(jié)氨基酸作為一種營養(yǎng)信號通過調(diào)控mTOR，激活蛋白質(zhì)翻譯起始過程，從而影響蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成和降解信號同時存在，組織蛋白質(zhì)降解主要通過細(xì)胞酶體和非溶酶體兩條途徑進行。動物蛋白質(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/共54頁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/共54頁亮氨酸水平對肌肉(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，通過調(diào)控蛋白起始翻譯因子促進器官蛋白的起始翻譯

(Yin.

FASEBJ.20082:877.12

)。

第22頁/共54頁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/共54頁亮氨酸亮氨酸水平對肌肉和肝臟總mTOR含量的影響第24頁/共54頁日糧添加0.6％精氨酸7d后對肌肉和肝臟中mTOR磷酸化的影響

7日齡斷奶仔豬補充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調(diào)控蛋白起始翻譯因子促進器官蛋白的起始翻譯，提高動物機體的蛋白質(zhì)合成

(Yaoetal.,J.Nutr.138:867–872)第25頁/共54頁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/共54頁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/共54頁蛋白質(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，能劑量依賴性地增加其蛋白質(zhì)合成率（Kongetal，2008）cba第28頁/共54頁ArgonintestinalmucosalproteinandDNAafterEscherichiacolilipopolysaccharidechallenge

(Liuetal.2008.Bri.JNut.100,552–560)

第29頁/共54頁

亮氨酸和精氨酸通過調(diào)節(jié)翻譯起始因子，激活肝臟和肌肉中mTOR信號通路，促進蛋白合成第30頁/共54頁精氨酸是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)糖異生和糖酵解過程，以確保食物缺乏時肝凈產(chǎn)生葡萄糖。天冬氨酸和谷氨酸可介導(dǎo)還原當(dāng)量通過線粒體膜，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。功能性氨基酸與營養(yǎng)物質(zhì)代謝第31頁/共54頁精氨酸或其代謝產(chǎn)物可上調(diào)與線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，從而減少肥胖動物體脂的儲積。蛋氨酸、甘氨酸和絲氨酸在一碳基團代謝、蛋白質(zhì)和DNA甲基化過程中起著重要作用，從而調(diào)節(jié)基因表達和蛋白質(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)機體的酸堿平衡。功能性氨基酸與營養(yǎng)物質(zhì)代謝第32頁/共54頁精氨酸能促進PGC基因表達，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，也提示精氨酸可增加脂肪酸的廣泛氧化

功能性氨基酸與營養(yǎng)物質(zhì)代謝第33頁/共54頁主要基于NMR和MS的代謝組學(xué)研究方法核磁共振質(zhì)譜第34頁/共54頁精氨酸改變養(yǎng)分代謝途徑提高氨基酸利用率Heetal.2008AminoAcids(inpress)第35頁/共54頁瘦肉率明顯提高，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/共54頁精氨酸與免疫功能促進胰島素、生長激素、泌乳素和IGF-1分泌，這些激素參與了精氨酸對免疫功能的調(diào)節(jié)作用

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

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

(Liuetal.2008.Bri.JNut.100,552–560)

第38頁/共54頁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增強免疫功能：IgG,IgM,IL-1β

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

a精氨酸第40頁/共54頁指標(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/共54頁acccbabcbcbc日糧精氨酸水平對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/共54頁環(huán)磷酰胺刺激下精氨酸增強仔豬的體液免疫功能

(Hanetal.,2008.AminoAcids,DOI10.1007/s00726-008-0184-9)第43頁/共54頁環(huán)磷酰胺刺激下精氨酸增強仔豬抗炎相關(guān)細(xì)胞因子的水平第44頁/共54頁環(huán)磷酰胺刺激下精氨酸增強仔豬的細(xì)胞免疫功能第45頁/共54頁環(huán)磷酰胺刺激下精氨酸改善了仔豬生長性能第46頁/共54頁N-氨基甲酰谷氨酸在仔豬上的應(yīng)用效果是尿素循環(huán)中鳥氨酸生成瓜氨酸的中間體N-乙酰谷氨酸(NAG)的類似物）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肌和腓腸肌中絕對蛋白合成30和21%第47頁/共5