■李培佳 趙紅霞 彭 凱 曹俊明

（1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動(dòng)物科學(xué)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省畜禽育種與營(yíng)養(yǎng)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；2.廣東海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，廣東 湛江 524088；3.廣州飛禧特生物科技有限公司，廣東 廣州 510640）

氨基酸是魚類必需的營(yíng)養(yǎng)素，在魚體的生長(zhǎng)、代謝、信號(hào)傳導(dǎo)等過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。精氨酸作為魚類的必需氨基酸，其在飼料配比及飼料營(yíng)養(yǎng)成分搭配上的差異，可能導(dǎo)致魚體產(chǎn)生營(yíng)養(yǎng)協(xié)同或頡頏作用，繼而影響其氨基酸吸收率以及飼料適口性、利用率和蛋白質(zhì)效率等。文章綜述了精氨酸的理化特性、代謝途徑及其對(duì)魚類生長(zhǎng)性能、營(yíng)養(yǎng)代謝、腸道功能、免疫、抗氧化作用等的影響及作用機(jī)制，以期為精氨酸在魚類生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。

1 精氨酸理化特性

精氨酸（Arginine），分子式C6H14N4O2，白色菱形晶體物質(zhì)，經(jīng)水重結(jié)晶后，105 ℃失去結(jié)晶水，其水溶性呈堿性，可從空氣中吸收CO2，微溶于乙醇，不溶于乙醚。自然界存在L-Arg、D-Arg兩種同分異構(gòu)體。動(dòng)物機(jī)體內(nèi)發(fā)揮營(yíng)養(yǎng)作用的主要為L(zhǎng)-Arg。

2 精氨酸的代謝途徑

精氨酸的代謝途徑主要有以下幾種：①經(jīng)精氨酸酶分解成鳥氨酸、尿素等，鳥氨酸經(jīng)脫羧酶形成多胺、脯氨酸、谷氨酰胺。研究表明，肌肉中精氨酸水平和血清中鳥氨酸含量成正比，飼料中精氨酸添加量與血清中谷氨酰胺含量成正比。②經(jīng)一氧化氮合酶（NOS）生成一氧化氮（NO），可維持血管通透性，改善腸道缺血、缺氧。NO可在細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞間及神經(jīng)遞質(zhì)傳遞生物作用，參與細(xì)胞間及細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳遞，并且參與免疫調(diào)節(jié)及相關(guān)基因表達(dá)，飼料添加精氨酸顯著提高魚類血清NOS 活性，促進(jìn)NO 產(chǎn)生。③經(jīng)甘氨酸轉(zhuǎn)脒酶分解成鳥氨酸、肌酐酸。④精氨酸在機(jī)體內(nèi)經(jīng)過(guò)一定途徑最終分解成腐胺、谷氨酰胺等物質(zhì)，腐胺分解成精胺、亞精胺。谷氨酰胺、精胺、亞精胺三者合稱多胺。谷氨酰胺最終氧化供能生成CO2。精氨酸代謝過(guò)程見圖1。

圖1 精氨酸代謝過(guò)程（車東升等，2020）

3 精氨酸的生理功能

3.1 精氨酸對(duì)魚類營(yíng)養(yǎng)代謝的影響

精氨酸通過(guò)刺激生長(zhǎng)激素、胰島素等激素，進(jìn)一步激活雷帕霉素靶蛋白（TOR）信號(hào)通路，調(diào)控蛋白質(zhì)合成并調(diào)節(jié)魚類機(jī)體代謝。鳥氨酸作為合成脯氨酸和多胺的底物，可以直接參與多種生長(zhǎng)和發(fā)育途徑。研究表明，飼料添加精氨酸可顯著提高石斑魚幼魚（Epinephelinae）肌肉粗蛋白含量，過(guò)量添加則成反比。精氨酸通過(guò)激活葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體-4（GLUT-4）來(lái)刺激葡萄糖攝取，增加葡萄糖利用的潛力，調(diào)節(jié)魚的碳水化合物攝入和脂質(zhì)代謝。機(jī)體精氨酸在代謝過(guò)程中通過(guò)內(nèi)分泌信號(hào)，調(diào)節(jié)腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK），抑制機(jī)體內(nèi)脂肪酸和類固醇的合成，影響其合成過(guò)程，降低粗脂肪含量。在大西洋鮭（Salmo salar）飼料中添加精氨酸可顯著增加肝臟中肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1（CPT-1）的表達(dá)量，但過(guò)量添加導(dǎo)致脂肪累積。當(dāng)飼料精氨酸添加量為1.5%～2.5%，與黑鯛（Acanthopagrus schlegelii）魚體粗脂肪含量呈負(fù)相關(guān)。添加適量的精氨酸，顯著提高機(jī)體總必需氨基酸，對(duì)機(jī)體非必需氨基酸總含量的影響不顯著。精氨酸與賴氨酸之間存在競(jìng)爭(zhēng)抑制現(xiàn)象，已被證明在多種魚體內(nèi)存在，飼料添加過(guò)量的精氨酸或賴氨酸對(duì)牙鲆（Paralichthysolivaceus）、斑點(diǎn)叉尾鮰（Ictalurus punctatus）未見顯著頡頏影響，但在斑馬魚（Brachydanio rerio var）上卻有隨賴氨酸升高顯著降低精氨酸利用率的情況，其頡頏作用是由于兩者均為堿性，利用同種載體進(jìn)行腸道吸收代謝，存在吸收競(jìng)爭(zhēng)作用，賴氨酸對(duì)精氨酸抑制依賴于這兩種氨基酸的相對(duì)濃度，而精氨酸對(duì)賴氨酸抑制則與濃度無(wú)關(guān)，精氨酸和賴氨酸競(jìng)爭(zhēng)頡頏現(xiàn)象在不同魚種之間存在不同現(xiàn)象，對(duì)此應(yīng)對(duì)不同魚種間作深入研究。

3.2 精氨酸對(duì)魚類腸道功能的影響

腸道是營(yíng)養(yǎng)素消化吸收的重要部位，腸道中的蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶能促進(jìn)食物消化，腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)育也會(huì)影響腸道消化能力。研究表明，飼料添加精氨酸，顯著提高了腸道消化酶活性，促進(jìn)腸道發(fā)育。雜交條紋鱸（Morone chrysops×Morone saxatilis）飼料中添加精氨酸或谷氨酰胺，可顯著提高前腸和中腸的皺壁和微絨毛的高度，增加腸道吸收面積，促進(jìn)腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)素的消化。外源精氨酸添加可顯著提高黑鯛幼魚胃、前腸和中腸胃蛋白酶、胰蛋白酶、淀粉酶的活性，進(jìn)而提高其消化機(jī)能，顯著提高其對(duì)飼料的消化率和吸收率。谷氨酰胺可以促進(jìn)建鯉（Cyprinus carpiovar Jian）腸道蛋白酶和脂肪酶的活性，并驗(yàn)證了在飼料中添加適宜水平的精氨酸可以提高腸道內(nèi)消化酶的活性，進(jìn)而促進(jìn)腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收。飼料添加1%精氨酸可顯著提高雜交條紋鱸后腸絨毛和腸上皮細(xì)胞的高度，添加2%時(shí)，中腸、后腸褶皺高度顯著提高。黃顙魚（Pelteobagrus fulvidraco）飼料添加0.2%～0.4%谷氨酰胺，顯著提高腸道絨毛和皺襞的高度，顯著降低肌層厚度，促進(jìn)了魚體的腸道發(fā)育，精氨酸促進(jìn)魚體腸道的發(fā)育可能與谷氨酰胺有關(guān)。谷氨酰胺作為腸道細(xì)胞發(fā)育的代謝底物，具有維持腸道免疫機(jī)能、防止腸絨毛萎縮、改善腸道健康和促進(jìn)機(jī)體生長(zhǎng)的作用。精氨酸通過(guò)下調(diào)Toll 樣受體4（TLR4）、核轉(zhuǎn)錄因子-κB p65（NF-κB p65）、p38 蛋白（p38 MAPK）的mRNA 表達(dá)量，抑制TLR4-Myd88 信號(hào)通路的過(guò)度激活，防止白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）和白細(xì)胞介素-6（IL-6）的增加，減少脂多糖（LPS）誘導(dǎo)腸道炎癥，從而起到保護(hù)腸道的作用。精氨酸可通過(guò)上調(diào)TOR 和緊密連接蛋白mRNA 的表達(dá)，增強(qiáng)草魚（Ctenopharyngodon idella）腸道上皮細(xì)胞完整性，磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）-蛋白激酶B（Akt）-TOR信號(hào)通路在調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、凋亡和細(xì)胞間緊密連接中起著關(guān)鍵作用，研究應(yīng)趨于PI3K/Akt/TOR 信號(hào)通路和緊密連接基因表達(dá)來(lái)判斷精氨酸對(duì)腸道屏障的保護(hù)性。

3.3 精氨酸對(duì)魚類免疫機(jī)能的影響

魚類屬于低等變溫動(dòng)物，其免疫系統(tǒng)由免疫器官、免疫組織、免疫細(xì)胞、免疫因子組成，機(jī)體存在特異性、非特異性免疫反應(yīng)，由于特異性免疫反應(yīng)依賴于較高溫度，所以魚類免疫反應(yīng)主要依賴于非特異性免疫反應(yīng)。氨基酸參與免疫反應(yīng)蛋白的合成和免疫相關(guān)信號(hào)通路的調(diào)控，哺乳動(dòng)物能夠維持精氨酸合成代謝與分解代謝之間的平衡，而在嚴(yán)重炎癥條件下，精氨酸分解合成代謝失衡，精氨酸可促進(jìn)機(jī)體生成免疫球蛋白，提高體液免疫特性，促進(jìn)產(chǎn)生胰島素、泌乳素、生長(zhǎng)激素等，從而參與免疫調(diào)節(jié)作用。精氨酸在機(jī)體內(nèi)代謝產(chǎn)生NO，NO 可激活機(jī)體巨噬細(xì)胞，產(chǎn)生吞噬活性作用。研究表明，精氨酸可保護(hù)魚體物理屏障如魚鰓等部位，提高魚類機(jī)體自身吞噬細(xì)胞吞噬能力、殺菌酶殺菌活性、補(bǔ)體免疫效應(yīng)、特異性抗體效價(jià)等免疫活性。精氨酸是脯氨酸的前體物質(zhì)，脯氨酸參與構(gòu)成膠原蛋白，補(bǔ)充精氨酸有助于嚴(yán)重外傷、燒傷等的組織修護(hù)，具有抗感染及抗炎作用。精氨酸可顯著提高血清中溶菌酶、NOS 活性，增加NO 含量，增強(qiáng)機(jī)體免疫活性，調(diào)節(jié)TOR及真核起始因子4結(jié)合蛋白（4E-BP）的mRNA 表達(dá)量，增強(qiáng)建鯉的免疫抗病力。溶菌酶可溶解細(xì)菌細(xì)胞壁，激活補(bǔ)體旁路和吞噬細(xì)胞活性，參與非特異性免疫防御，飼料添加精氨酸顯著提高雜交條紋鱸溶菌酶活性。此外，通過(guò)抑制TLR4和MAPK 通路、上調(diào)抗炎因子的表達(dá)、下調(diào)促炎因子的表達(dá)發(fā)揮抗炎作用，保護(hù)魚體免受免疫應(yīng)答的自我損傷。炎癥是外界或自身因素刺激機(jī)體而產(chǎn)生的一種病理過(guò)程，IL-1β、IL-6、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）等細(xì)胞因子參與機(jī)體炎癥反應(yīng)，飼料添加精氨酸可顯著降低黃顙魚血清和腸道促炎因子含量，表明精氨酸可顯著緩解炎癥反應(yīng)。精氨酸可提高斑點(diǎn)叉尾鮰巨噬細(xì)胞的殺傷和吞噬能力，提高溶菌酶活性和紅細(xì)胞數(shù)量，并增強(qiáng)有絲分裂后淋巴細(xì)胞的增殖。NOS在各種刺激下催化NO，NOS 的活性依賴于細(xì)胞外精氨酸水平，在致病性機(jī)制或氨氮脅迫下，魚血漿中精氨酸水平顯著降低，需要提供充足的飼料精氨酸來(lái)維持足夠的免疫應(yīng)答，增加頭腎白細(xì)胞NO的產(chǎn)生，增強(qiáng)有絲分裂刺激下的呼吸爆發(fā)活性，上調(diào)建鯉頭腎中腫瘤壞死因子-β（TGF-β）和白介素-10（IL-10）mRNA 的表達(dá)水平，下調(diào)炎癥細(xì)胞因子TNF-α和IL-1βmRNA 的表達(dá)，小劑量NO 釋放可激活熱休克蛋白等巨噬細(xì)胞功能，保護(hù)細(xì)胞凋亡。然而，過(guò)量的NO釋放可通過(guò)激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑或其他途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。在草魚白細(xì)胞和建鯉腸道細(xì)胞的培養(yǎng)基中添加適量精氨酸可抑制NF-κB途徑，抑制TLR4-MyD88信號(hào)通路的過(guò)度激活，下調(diào)TNF-α、IL-1β、IL-6 mRNA 和p38 MAPK mRNA 的表達(dá)水平，提高細(xì)胞和體液免疫水平，增強(qiáng)其在面對(duì)病原體入侵時(shí)的抗病力。當(dāng)應(yīng)用精氨酸改善魚類免疫防御時(shí)，應(yīng)考慮魚類自身免疫反應(yīng)以及外部環(huán)境參數(shù)。

3.4 精氨酸對(duì)魚類抗氧化功能的影響

魚類機(jī)體抗氧化防御系統(tǒng)大體由過(guò)氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-Px）等抗氧化酶體系和VE、VC 等非酶體系類組成，其中抗氧化酶可以清除機(jī)體自身氧自由基，保護(hù)核酸。此外，精氨酸可以通過(guò)AMPK-NO 信號(hào)通路促進(jìn)NO 的產(chǎn)生，調(diào)節(jié)機(jī)體抗氧化能力。精氨酸能夠通過(guò)Nrf2、NO、GSH 合成途徑等發(fā)揮抗氧化應(yīng)激作用，適量NO 可清除體內(nèi)氧自由基，提高抗氧化酶活性，NO 過(guò)量會(huì)破壞機(jī)體氧化平衡，對(duì)機(jī)體造成損傷。精氨酸在機(jī)體內(nèi)通過(guò)不同的代謝途徑代謝，其代謝產(chǎn)物可以清除自身H2O2、氧自由基等，更好地發(fā)揮抗氧化作用。魚類研究中發(fā)現(xiàn)，隨飼料中精氨酸增加，可促進(jìn)機(jī)體生成谷氨酰胺（Gln），進(jìn)一步調(diào)控機(jī)體抗氧化系統(tǒng)，顯著增強(qiáng)腸道上皮抗氧化能力。大菱鲆（Scophthalmus maximus）幼魚飼料精氨酸水平對(duì)血清和肝臟中SOD 活性無(wú)顯著影響。但飼料中添加適量精氨酸，可顯著提高斑點(diǎn)叉尾鮰肝臟SOD 活性；雜交鱘（Acipenser schrenckii♀×Acipenser baeri♂）幼魚腸道的SOD、GSH活性，顯著降低丙二醛（MDA）含量，顯著提高抗氧化能力；顯著提高黃顙魚血清GSH-Px、CAT活性，顯著提高機(jī)體抗氧自由基能力。魚類抗氧化防御系統(tǒng)中，抗氧化酶活性與其mRNA 水平密切相關(guān)，Nrf2已被證實(shí)是一個(gè)關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控魚體內(nèi)抗氧化酶基因的表達(dá)，飼料中適宜的精氨酸水平可激活Nrf2 信號(hào)通路，抑制Keap1 的表達(dá)，對(duì)Cu/Zn-SOD、Mn-SOD 和CAT 均有促進(jìn)作用。精氨酸參與調(diào)控魚類肌肉Nrf2信號(hào)通路的抗氧化相關(guān)基因的表達(dá)，具體作用機(jī)制尚有待于深入研究。

4 魚類的精氨酸需要量

由于成魚體內(nèi)鳥氨酸脫羧酶（ODC）和氨甲酰磷酸合成酶（CPS）Ⅲ的活性較低，因此，必須由外源補(bǔ)充精氨酸以滿足魚類生長(zhǎng)和代謝所必需。精氨酸通過(guò)調(diào)節(jié)腺苷5′-單磷酸（AMP）激活A(yù)MPK通路來(lái)調(diào)節(jié)能量穩(wěn)態(tài)，也可以通過(guò)激活TOR信號(hào)通路靶點(diǎn)來(lái)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成，參與鳥氨酸循環(huán)，促進(jìn)機(jī)體蛋白質(zhì)沉積，促進(jìn)生長(zhǎng)。此外，精氨酸也發(fā)揮多種免疫調(diào)節(jié)功能，包括調(diào)節(jié)魚自身免疫反應(yīng)，抑制白細(xì)胞凋亡，以及調(diào)節(jié)魚對(duì)細(xì)菌疾病的抵抗力。然而，精氨酸對(duì)魚生長(zhǎng)的影響可能因精氨酸添加量、魚的健康狀況和環(huán)境條件而異。精氨酸添加適量，顯著提高飼料蛋白質(zhì)效率；反之，添加量過(guò)高過(guò)低對(duì)機(jī)體生長(zhǎng)機(jī)能、免疫代謝均有不良影響。不同魚種精氨酸適宜需要量見表1。由表1 可以看出，促進(jìn)不同魚類生長(zhǎng)的精氨酸適宜需要量各異，這可能與種間差異、飼料添加量、營(yíng)養(yǎng)配比、氨基酸頡頏、實(shí)驗(yàn)魚初始體質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)飼料蛋白質(zhì)組成、投喂技術(shù)、實(shí)驗(yàn)周期、評(píng)價(jià)指標(biāo)等不同有關(guān)。

表1 不同魚種對(duì)精氨酸的需要量

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，飼料中適量添加精氨酸，可顯著提高魚類生長(zhǎng)速率、生產(chǎn)性能，改善魚體營(yíng)養(yǎng)素代謝，提高魚體免疫應(yīng)答的能力，增強(qiáng)魚體抗氧化活性等，但精氨酸在魚類飼料中應(yīng)用仍存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步開展相關(guān)研究：①深入研究精氨酸在不同養(yǎng)殖魚類中的適宜添加量、精氨酸與其他氨基酸產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)頡頏作用以及營(yíng)養(yǎng)代謝調(diào)控對(duì)水環(huán)境造成的影響等；②細(xì)化研究不同養(yǎng)殖環(huán)境、養(yǎng)殖模式、養(yǎng)殖季節(jié)、養(yǎng)殖階段的魚類精氨酸的精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)需要量；③基于實(shí)際魚類生產(chǎn)情況，依照最佳生長(zhǎng)性能、形體參數(shù)、繁殖性能、產(chǎn)品品質(zhì)、抗病抗應(yīng)激能力等不同評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)估精氨酸的適宜需要量；④進(jìn)一步探索精氨酸促進(jìn)免疫因子分泌的作用機(jī)制以及精氨酸影響魚類生理功能與代謝機(jī)能的細(xì)胞通路等。