龐美蓉 馬艷粉

1.浙江省知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)中心，杭州310012；2.中國(guó)計(jì)量大學(xué)，杭州310018

N-氨甲酰谷氨酸（N-carbamylglutamate，NCG）是N-乙酰谷氨酸（NAG）的結(jié)構(gòu)類(lèi)似物，在尿素循環(huán)中NCG 能夠代替N-乙酰谷氨酸，產(chǎn)生內(nèi)源性精氨酸，廣泛應(yīng)用于飼料添加劑，主要用于提高多胎動(dòng)物的繁殖性能上[1]。隨著對(duì)NCG 研究的深入，NCG越來(lái)越多的功能得以證實(shí)。本文就NCG 在畜禽生產(chǎn)、繁殖及畜禽疾病治療中的作用進(jìn)行了歸納總結(jié)，為畜禽生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 NCG對(duì)畜禽生產(chǎn)和繁殖性能的影響

1.1 對(duì)畜禽生產(chǎn)性能的影響

家畜的生產(chǎn)性能是指對(duì)某一具有特定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的表型進(jìn)行評(píng)價(jià)的一種手段，也是對(duì)畜禽進(jìn)行遺傳評(píng)估的最基本的依據(jù)?？梢詾樵u(píng)價(jià)畜禽的生產(chǎn)水平及牧場(chǎng)管理經(jīng)營(yíng)提供相關(guān)信息。研究發(fā)現(xiàn)，NCG 可作為飼料添加劑，通過(guò)增加肌肉嫩度及苯丙氨酸的濃度，優(yōu)化不同組織中脂肪酸的含量，提高中國(guó)脂肪型豬的肉質(zhì)[2]。黃羽肉雞1～18日齡時(shí)，飼喂添加0.05%～0.20%NCG 時(shí)，促進(jìn)了肉雞的生長(zhǎng)，同時(shí)提高了體重、肝重和肌間脂肪帶的寬度。在肉雞19～36日齡時(shí)，飼糧中添加NCG 還能提高胸大肌重量、腓腸肌和脾臟重量，增加肌間脂肪帶的寬度[3]。此外，Zhang 等[4]發(fā)現(xiàn)，肉雞孵化第17 天時(shí)，注射2 mg的NCG后，出雛后飼養(yǎng)至42 d，可增加胸肌中精氨酸、粗脂肪以及肌肉中過(guò)氧化氫酶和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶的活性，降低丙二醛和乳酸含量，改善了肉雞營(yíng)養(yǎng)性能，增強(qiáng)了抗氧化能力，改善了肉質(zhì)。

1.2 改善畜禽宮內(nèi)生長(zhǎng)受限

宮內(nèi)生長(zhǎng)受限已成為畜牧業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，因?yàn)樘荷L(zhǎng)受限會(huì)對(duì)動(dòng)物以后的生長(zhǎng)和繁殖性能產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響[5]。湖羊因其早熟和多產(chǎn)引起了人們的極大關(guān)注。在繁殖過(guò)程中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給不足或無(wú)法有效地運(yùn)輸給胎兒，導(dǎo)致胎羊出現(xiàn)宮內(nèi)生長(zhǎng)受限[6]。雖然幼羊出生后可以存活，但會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)、呼吸、腸道和循環(huán)系統(tǒng)相關(guān)疾病的易感性升高[7]。而飼糧中添加NCG 可增加腸內(nèi)ATP 的含量，改善宮內(nèi)生長(zhǎng)受限的湖羊腸道損傷，同時(shí)下調(diào)AMPKα1、AMPKα2、SIRT1、PGC-1αmRNA 和相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)水平，抑制AMPKα 的磷酸化，從而抑制AMPK-Sirt1-PGC1信號(hào)通路，同時(shí)提高了三羧酸循環(huán)中關(guān)鍵酶的活性，改善因?qū)m內(nèi)生長(zhǎng)受限的幼羊腸道中能量吸收的狀態(tài)[8]。NCG 可通過(guò)調(diào)控mTOR 信號(hào)通路并上調(diào)腸道氨基酸、多肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白CAT1、EAAT3、y+LAT2、ASCT2 以及PEPT1 的表達(dá)，促進(jìn)宮內(nèi)生長(zhǎng)受限的哺乳期羔羊腸道中對(duì)氨基酸的吸收[9]。

1.3 提高禽蛋品質(zhì)

禽蛋是人類(lèi)需求量最大的動(dòng)物性蛋品質(zhì)來(lái)源之一。我國(guó)禽蛋產(chǎn)量和需求量均居世界之最。由于蛋殼本身的易碎性，在禽蛋的收集、包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、銷(xiāo)售等活動(dòng)中，因蛋殼破損造成的禽蛋損失約占總產(chǎn)量的6%～8%。因此，如何提高蛋禽的產(chǎn)蛋性能并減少禽蛋在流通過(guò)程中因蛋殼破損造成的禽蛋損失是提高禽蛋總產(chǎn)量的重要措施。蛋殼質(zhì)量與蛋殼厚度和蛋殼強(qiáng)度成正比，與蛋殼中乳突層的有效厚度、乳突間隙以及乳突寬度成反比。研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加NCG 可通過(guò)增加蛋殼垂直晶體層、柵欄層以及表皮層的厚度，降低蛋殼乳突層有效厚度、乳突間隙以及乳突的寬度，從而提高蛋殼的強(qiáng)度。同時(shí)，NCG 還提高了海蘭白蛋雞的蛋殼厚度、蛋殼強(qiáng)度以及蛋黃色度（P＜0.05），但是NCG 對(duì)蛋重、蛋白高度、哈氏單位沒(méi)有顯著影響（P＞0.05）（表1）[9]。

2 NCG提高哺乳動(dòng)物的繁殖性能

畜禽的高繁殖性能不僅可以滿足人們對(duì)畜禽產(chǎn)品日益增長(zhǎng)的需求，還能增加畜牧業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)畜禽業(yè)的發(fā)展。集約化豬場(chǎng)在飼料開(kāi)發(fā)與實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)的主要目的是提升資源利用率和豬群的成活率[10]。品種、營(yíng)養(yǎng)、飼養(yǎng)管理?xiàng)l件、繁殖季節(jié)以及受胎率都會(huì)影響家畜的繁殖性能。卵泡發(fā)育質(zhì)量的好壞決定了畜禽繁殖性能的高低，營(yíng)養(yǎng)條件、飼養(yǎng)管理環(huán)境都是通過(guò)影響畜禽的卵泡發(fā)育進(jìn)一步影響繁殖性能的。卵泡發(fā)育所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、激素以及生長(zhǎng)因子通過(guò)血液循環(huán)的優(yōu)先分配和均衡供應(yīng)是畜禽性腺發(fā)育和高繁殖性能的前提。

2.1 促進(jìn)卵泡發(fā)育

哺乳動(dòng)物原始卵泡由扁平的顆粒細(xì)胞和一個(gè)卵母細(xì)胞組成。當(dāng)扁平的顆粒細(xì)胞變?yōu)榱⒎叫螘r(shí)，此時(shí)的卵泡為初次卵泡。顆粒細(xì)胞不斷增殖，由單層顆粒細(xì)胞變成多層顆粒細(xì)胞，初級(jí)卵泡發(fā)育為次級(jí)卵泡。因此卵泡顆粒細(xì)胞的增殖對(duì)卵泡的發(fā)育有重要作用。體外添加NCG 培養(yǎng)豬卵泡顆粒細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，NCG抑制了大卵泡（直徑＞5 mm）顆粒細(xì)胞中基礎(chǔ)的以及由FSH 誘導(dǎo)的P4和E2的合成，促進(jìn)了顆粒細(xì)胞的增殖；而NCG降低了小卵泡（直徑：1～5 mm）顆粒細(xì)胞中FSH和IGF1誘導(dǎo)的P4的合成，對(duì)E2的水平和細(xì)胞增殖沒(méi)有顯著的影響[11]。說(shuō)明NCG可以通過(guò)調(diào)節(jié)卵泡顆粒細(xì)胞中類(lèi)固醇激素的生成，調(diào)控卵巢發(fā)育，這有助于了解NCG 作為飼料添加劑影響畜禽繁殖性能的作用機(jī)制。體外添加NCG培養(yǎng)豬胎盤(pán)滋養(yǎng)層細(xì)胞，可下調(diào)細(xì)胞中CYP11A1、CYP19A1 和Cas?pase 3 mRNA的表達(dá)，上調(diào)CCND1和CDK4 mRNA的表達(dá)，抑制了細(xì)胞中P4、雄烯二酮、睪酮和E2的生成，促進(jìn)了細(xì)胞增殖。但是對(duì)StAR、HSD17B4 和HSD3B mRNA 的表達(dá)量無(wú)顯著影響。因此，NCG 可能直接作用于豬胎盤(pán)滋養(yǎng)層細(xì)胞，在促進(jìn)細(xì)胞增殖和抑制細(xì)胞凋亡的同時(shí)，通過(guò)減少細(xì)胞中激素的合成，抑制細(xì)胞的分化，從而調(diào)控胎盤(pán)功能[12]。Liu等[13]發(fā)現(xiàn)，使用NCG 體外培養(yǎng)小鼠下丘腦GnRH 神經(jīng)元GT1-7 細(xì)胞，可抑制GnRH 的分泌，促進(jìn)細(xì)胞增殖。而高濃度的NCG（1.0 mmol/L）抑制了GT1-7 細(xì)胞中GnRH 和nNOS mRNA 的表達(dá)量。因此，高濃度的NCG 可能通過(guò)下調(diào)GnRH 合成和分泌相關(guān)的基因，抑制GnRH的合成，同時(shí)促進(jìn)了GT1-7細(xì)胞增殖，直接或間接地調(diào)節(jié)了GnRH神經(jīng)元的功能。

2.2 促進(jìn)多胎動(dòng)物的產(chǎn)仔數(shù)

母羊營(yíng)養(yǎng)不良會(huì)引起胎兒宮內(nèi)發(fā)育限制[14]。研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加NCG，一方面可通過(guò)上調(diào)妊娠母豬臍靜脈中miR-15b 和miR-222 的表達(dá)，促進(jìn)血管生成，調(diào)節(jié)臍靜脈和胎盤(pán)的功能；另一方面可上調(diào)與胚胎著床和胎兒發(fā)育密切相關(guān)的蛋白質(zhì)的表達(dá)，促進(jìn)胎兒的生長(zhǎng)發(fā)育[15-16]。Cai 等[17]報(bào)道，NCG可以增加血漿中NO 濃度，增強(qiáng)妊娠母豬中NOS3和VEGFA 的基因表達(dá)，促進(jìn)血管生成，從而增加產(chǎn)仔數(shù)。此外，飼料中添加NCG 可通過(guò)調(diào)控胚胎的著床、子宮內(nèi)膜和胎盤(pán)的發(fā)育、胎兒發(fā)育以及羊水和血液中的代謝物，增加懷孕母豬的產(chǎn)仔數(shù)、活胎數(shù)，并最終增強(qiáng)母豬的繁殖性能[18]。母羊懷孕早期飼料中添加0.11%的NCG 飼喂40 d，血漿中精氨酸和脯氨酸以及iNOS 和NO 的濃度下降，降低了血漿氨的濃度，改善了胎兒發(fā)育的環(huán)境，提高了母羊的窩產(chǎn)羔數(shù)和窩產(chǎn)活羔數(shù)[19]。因此，NCG 可提高多胎動(dòng)物產(chǎn)仔數(shù)、初生重以及活胎數(shù)量，增強(qiáng)哺乳動(dòng)物的繁殖性能。因此，NCG具有提高哺乳動(dòng)物繁殖性能的作用。

3 NCG在畜禽疾病治療中的作用

3.1 緩解氧化應(yīng)激

當(dāng)機(jī)體新陳代謝產(chǎn)生的活性氧（ROS）累積并超過(guò)自身抗氧化能力時(shí)，機(jī)體的氧化平衡系統(tǒng)遭到破壞，引起機(jī)體發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)。輕度的氧化應(yīng)激有利于清除機(jī)體對(duì)抗不良環(huán)境產(chǎn)生的影響，但是過(guò)度的氧化應(yīng)激會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)凋亡因子的釋放，引起細(xì)胞凋亡[20]。研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加0.1% NCG 能夠通過(guò)降低血漿中天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、肌酸酐和甘油三酯的水平，增加血漿中總抗氧化能力和抗羥基自由基的活性，提高肝臟中過(guò)氧化氫酶和還原性谷胱甘肽的含量，提高SD 大鼠抗氧化能力，降低因注射敵草快引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)，起到保護(hù)機(jī)體免受氧化應(yīng)激損傷的作用[21]。Xiao等[22]也發(fā)現(xiàn)，NCG 可通過(guò)降低小鼠空腸中丙二醛的含量，增加過(guò)氧化氫酶和谷胱甘肽的含量，增強(qiáng)小鼠抗氧化能力，維持小鼠氧化應(yīng)激狀態(tài)下空腸正常的形態(tài)結(jié)構(gòu)。NO 作為一種信號(hào)分子參與神經(jīng)傳遞、宿主防御、免疫調(diào)節(jié)、血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)以及調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)的作用[23]。NCG 是NAG 的結(jié)構(gòu)類(lèi)似物，在尿素循環(huán)中能夠代替NAG 產(chǎn)生內(nèi)源性的精氨酸[1，24]。在一氧化氮合酶的催化作用下，Arg 可以生成NO和瓜氨酸。飼糧中添加NCG可通過(guò)降低血漿中TNF-α，升高血漿中T-AOC并上調(diào)宮內(nèi)生長(zhǎng)受限的仔豬腸道中GPx1、CAT、SOD2、Nrf2、NQO1、HO-1、eNOS 及iNOS mRNA 及蛋白的表達(dá)，緩解因仔豬生長(zhǎng)性能和抗氧化能力下降的現(xiàn)象[25]。

3.2 抑制腸道炎癥

腸道的上皮屏障是由大量的緊密連接蛋白組成，主要成分包括Occludin、ZO-1 等。這些緊密連接維持腸道上皮正常的通透性[26]。當(dāng)腸道出現(xiàn)炎癥反應(yīng)時(shí)，緊密連接蛋白的表達(dá)量下調(diào)，腸上皮細(xì)胞的通透性增加。而NCG可以通過(guò)NO依賴途徑上調(diào)Occludin、ZO-1 蛋白的表達(dá)，增強(qiáng)腸道的屏障功能，緩解腸炎引起的腸道損傷[22]。除此之外，NCG 抑制氧化應(yīng)激的小鼠脾臟中促炎因子IL-1β 和TNFαmRNA 的表達(dá)，上調(diào)抗炎因子TGF-βmRNA 的表達(dá)，緩解了由敵草快引起的小鼠脾臟炎癥反應(yīng)[27]。

4 結(jié) 語(yǔ)

精氨酸廣泛用于飼料添加劑，但是由于精氨酸成本較高，而且與動(dòng)物體內(nèi)其他必需氨基酸如色氨酸存在拮抗作用，影響了集體對(duì)其他氨基酸的吸收和利用，因此精氨酸的應(yīng)用受到很大限制。NCG 可以促進(jìn)哺乳動(dòng)物內(nèi)源性精氨酸的合成，而且具有半衰期長(zhǎng)、與其他氨基酸不存在拮抗作用的特點(diǎn)，因此NCG 越來(lái)越多的用于飼料添加劑應(yīng)用于畜禽生產(chǎn)中，在抗氧化應(yīng)激、提高動(dòng)物生長(zhǎng)和繁殖性能中具有很好的應(yīng)用前景。