谷氨酰胺与早期断奶仔猪肠道营养免疫

仔猪早期断奶由于受到生理、营养和环境的突然改变，加上消化道发育不完善，引起“早期断奶综合征”，表现为采食量下降，生长受阻和腹泻。谷氨酰胺是一种肠粘膜保护剂，外源添加可以缓解早期断奶仔猪应激引起的肠道结构和功能的改变，为养猪生产中的断奶仔猪腹泻问题提供有效的解决方法。1谷氨酰胺的性质Gln是脂肪族的中性氨基酸，具有一个!7氨基和一个易水解的末端酰胺基，在体内组织间氮的转移和氨气的传动过程中起着重要的载体作用，同时，酰胺基还是体内嘧啶和嘌呤核苷酸、核酸以及氨基糖生物合成的原料之一。传统观点认为Gln是一种非必需氨基酸，体内可以合成，但越来越多的研究结果表明，当动物处于应激或病理状态时，内源合成的Gln不能满足需要，甚至会发生体内枯竭，此时必需由外源供给，从这种意义上讲,Gln已成为一种必需氨基酸，在NRC(1998)《猪的营养需要》中Gln已被定义为“条件性必需氨基酸”。2谷氨酰胺在小肠中的利用和代谢途径小肠是Gln利用的主要器官，但其本身不能合成，必须依靠从其他器官中释放或食物中供给。肠道粘膜上皮细胞代谢Gln不仅为肠粘膜上皮细胞提供能源，而且为肝脏糖原异生、尿素合成提供底物，Gln在肠粘膜上皮细胞内的代谢主要靠线粒体的磷依赖性谷氨酰胺酶的分解作用，此酶位于线粒体内膜，受饮食、糖皮质激素和胰高血糖素调节。用离体大鼠小肠的灌注标本及自动灌注大鼠空肠的活体模型，Windmueller和Spaeth(1980)以示踪法研究了Gln碳和氮的代谢终产物，发现将近三分之二的Gln碳被氧化为二氧化碳，Gln氮则以氨、丙氨酸、瓜氨酸和脯氨酸出现。Gln无论从粘膜刷状缘或从动脉血经基底膜进入粘膜细胞有相同的代谢方式，Gln在小肠粘膜主要通过以下4个途径代谢：（1）在谷氨酰胺酶的作用下，转化为谷氨酸并经过Δ吡咯酸-5-羧酸合成酶的作用，合成Δ吡咯酸-5-羧酸(P-5-C)，然后进一步用于合成鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸（Souba,1998）。肠道粘膜瓜氨酸的合成具有重要生理意义，断奶后的仔猪由于肠道内P-5-C酶活性大大加强，保证了Gln合成足够的精氨酸提供给肠道以外的组织利用，这就是精氨酸是初生仔猪的必需氨基酸的原因。由鸟氨酸在肠上皮合成多胺，多胺是小肠粘膜生长、发育、成熟、适应及创伤恢复的必需物质（Luk,1980;Yang,1984）(2)通过脱氨基作用后作为主要能量来源为肠粘膜细胞供能（Reeds,1996;Wu,1998）;(3)通过合成嘌呤碱和嘧啶碱，促进DNA合成和肠粘膜的增殖；（4）在谷氨酰胺酶的作用下转化为谷氨酸，通过肾脏氮的产生调节动物体内酸碱平衡。但对断奶仔猪而言，研究发现其肠道能直接利用少量的氨合成尿素，肠道非常适于Gln的代谢，因为产生的氨非常容易进入门脉，在进入系统循环之前被肝脏滤出，而肝脏和门脉中的氨合成尿素和Gln，肝脏利用丙氨酸进行糖异生。3日粮中添加谷氨酰胺对断奶仔猪的作用3.1断奶仔猪日粮中添加谷氨酰胺对生产性能的影响仔猪断奶应激会造成断奶仔猪肠绒毛萎缩，隐窝深度增加，消化酶活性降低，吸收功能下降，采食量下降，进而影响仔猪的生产性能。21日龄断奶仔猪日粮中添加1%谷氨酰胺，发现在断奶后第一周，对仔猪采食量、日增重和肉料比没有影响，在第二周，肉料比增加了25%)(Wu,1996)。日粮中添加1%谷氨酰胺可以提高28日龄断奶仔猪断奶后第一周的平均日增重（刘涛，2002）。许多试验研究证明在49日龄仔猪日粮中添加谷氨酰胺无效，可能是由于仔猪在49日龄时已能够合成足够的谷氨酰胺来满足机体的需要。早期断奶仔猪日粮中添加丙氨酰谷氨酰胺，可以提高断奶仔猪的生产性能（陈安国等，2002）。3.2断奶仔猪日粮中外源添加谷氨酰胺对血液、粘膜、肌肉中谷氨酰胺浓度的影响21日龄断奶仔猪血液中谷氨酰胺水平显著下降，到49日龄才恢复到断奶前的水平，但在日粮中添加1.2%的谷氨酰胺后，在28日龄时谷氨酰胺水平基本没有下降，在35日龄时显著升高，但在49日龄时保持与断奶前水平相同（张军民等，2001）。对28日龄断奶仔猪进行试验发现：日粮中未添加谷氨酰胺组骨骼肌中谷氨酰胺浓度在断奶后5d显著降低，到断奶后11d仍未恢复到断奶前水平，小肠粘膜中谷氨酰胺精密度在断奶后5d有所下降，但无显著差异，血浆中谷氨酰胺浓度在断奶后2d时显著下降，断奶后7d恢复到断奶前水平，断奶后11d时的谷氨酰胺浓度较断奶后10d显著降低，之后随日龄增加逐渐恢复。而添加1%谷氨酰胺组骨骼肌、小肠粘膜中谷氨酰胺浓度未受断奶应激的影响，在断奶后随日龄增大而显著增加，血浆中谷氨酰胺浓度在断奶后2d时显著降低，但显著高于同期对照组（刘涛，2002）。研究表明含4%谷氨酰胺或4%甘氨酸强化传统的谷物基础断奶仔猪日粮，在断奶后第五天屠宰所有的猪，发现饲喂含谷氨酰胺日粮的猪血浆谷氨酰胺浓度更高，而每天添加6.3g游离谷氨酰胺于传统断奶仔猪日粮中，断奶后可保持与21日龄哺乳仔猪相同的血浆和肌肉游离谷氨酰胺水平，但在49日龄无论日粮是否添加谷氨酰胺，血浆中的谷氨酰胺都基本恢复到断奶前的水平，由此可见，早期断奶仔猪可以通过外源添加谷氨酰胺来缓解断奶造成的谷氨酰胺水平下降。3.3断奶仔猪日粮中添加谷氨酰胺对仔猪肠道形态和吸收功能的影响Hampson(1986)研究结果表明仔猪在21日龄断奶后，第一天仔猪各部位绒毛开始变短，至断奶后第五天为断奶前的一半，随后缓慢恢复。Wu(1996)对21日龄断奶仔猪进行试验，在基础日粮中分别添加0和1%谷氨酰胺发现，相对于断奶前，在第七天时，两组猪的十二指肠的绒毛高度都降低了，但在第十四天时，其值又增加了，而空肠的肠绒毛高度在第七天比添加0组的值下降，1%组保持不变，但在第十四天时，两组均增加，同时也发现，添加谷氨酰胺对十二指肠的高度改变无影响，对空肠的肠绒毛高度改变有显著作用，而对隐窝影响不显著，可以消除断奶所造成的仔猪肠道应激，有效地改善断奶后仔猪的吸收功能并为改善生产性能提供生理基础。3.4断奶仔猪日粮中添加谷氨酰胺对抗氧化性的影响研究发现，谷氨酰胺对肠道代谢有抗氧化作用。动物机体内GSH和SOD在清除自由基、抗氧化损伤和维持细胞的结构方面都起主要作用。肝脏对GSH的合成依赖肝细胞内谷氨酰胺及谷氨酸，而谷氨酸不能通过肝细胞转运，只能通过肝细胞内谷氨酰胺代谢产生，肝脏对GSH可以进入肝胆管分泌入胆汁中，最终被释放入十二指肠，肠腔中的GSH和其它含巯基或二硫键物质对于维持正常的肠道功能有重要作用，同时GSH可能对铁和其它微量元素强无机硒的吸收有重要作用。肠粘膜GSH中的谷氨酸多来源于日粮而非肠粘膜代谢所产生的谷氨酸。张军民等（2002）试验表明，外源添加Gln后肝脏中的GSH明显增高，而肠道中GSH仅有略微增高，并不显著受日粮Gln的影响，添加Gln后，肠粘膜淋巴结和脾脏中的GSH含量也增加，特别是肠粘膜淋巴结有显著增加，但也有试验表明，在饲喂添加Gln日粮的仔猪断奶后4周脾脏中SOD的含量明显低于对照组。28日龄断奶仔猪日粮中添加1%Gln后肝脏中GSH水平在断奶前、断奶后5d及断奶后11d无显著差异,而对照组肝脏中GSH水平在断奶后5d较断奶前略有下降（刘涛，2002）。3.5断奶仔猪日粮中添加Gln后对胰腺和小肠胰蛋白酶活性影响断奶仔猪日粮中添加1.0%Gln时，发现试验组胰腺胰蛋白酶相对活性和比活在断奶后14d极显著的高于断奶时水平,基本达到了对照组断奶后28d时酶活性水平，总活性虽升高但差异不显著；对十二指肠和空肠的食糜和粘膜中胰蛋白酶无影响；空肠中胰蛋白酶活性和比活均无显著提高。21日龄断奶仔猪日粮中添加谷氨酰胺可缓解仔猪49日龄时肠道中的乳糖酶的下降，并能增加仔猪十二指肠和空肠中亮氨酰氨基肽酶活性，对碱性磷酸酶活性无明显的影响，试验结果同时也表明日粮中添加谷氨酰胺对仔猪十二指肠酶系的影响比对空肠和回肠的影响更大些（张军民等，2001）。3.6断奶仔猪日粮中添加谷氨酰胺对外周血淋巴细胞的影响仔猪断奶外周血CD4＋细胞比例有所下降，而CD8＋细胞比例显著上升，导致CD4＋/CD8＋显著下降，而外源添加谷氨酰胺对外周血E淋巴细胞增殖能力无显著影响，断奶后&"的外周血淋巴细胞CD4+细胞比例与断奶前无显著差异，并略有升高；外周血淋巴细胞CD8＋细胞比例在断奶后2d较断奶前降低了5.6%，在断奶7d后持续上升，CD4+/CD8＋细胞比例在断奶后短期内，未受到断奶应激的影响，维持较正常健康的状态（刘涛，2002）。3.7断奶仔猪日粮中添加谷氨酰胺对肠道免疫的影响肠道淋巴细胞产生和分泌IgA，IgA特殊的物理化学特性，使它具有保护机体免受肠道微生物和食物抗原有害作用的侵袭，从而保证消化道上皮细胞的完整性，维持消化道正常的功能。断奶前，空肠中阳性细胞较多，主要分布在小肠粘膜固有膜内及粘膜上皮间，回肠中的阳性细胞较多，主要分布在粘膜固有层，尤以淋巴小结中为多。断奶后，仔猪肠固有层中IgA分泌细胞数量显著减少，IgA减少可导致肠道菌群粘附在肠上皮，甚至发生细菌易位（Alverdy等，1988）。外源添加谷氨酰胺后，IgA阳性细胞数与断奶前无显著差异（刘涛等，2002）。综上所述，外源添加谷氨酰胺对早期断奶仔猪肠道具有显著的作用，但是目前谷氨酰胺的生产主要是由微生物发酵得到，且谷氨酰胺具有溶解度低，水溶液极不稳定，受热容易分解成有毒物质，这就限制了在仔猪生产中的广泛应用。医学试验证明了谷氨酰胺二肽是一种有效的谷氨酰胺替代品，添加于仔猪饲料试验也证明了二肽可以有效地提供谷氨酰胺，但其用于仔猪生产仍需进一步研究。