功能性氨基酸营养研究进展
中国科学院动物营养代谢过程与 生理调控重点试验室
印遇龙
报告提纲
1.功能性氨基酸的概念
2.功能性氨基酸与胎儿/新生动物生长
3.功能性氨基酸与细胞内蛋白质周转
4.功能性氨基酸与营养物质代谢
5.功能性氨基酸与肠道功能
6.功能性氨基酸与免疫功能 7.功能性氨基酸今后研究方向展望
功能性氨基酸概念的提出
Arg increasing nitric oxide (A) and endothelin1(B) concentration (Zhan et al.,2008. J. Nutr. 138: 1304–1309)
功能性氨基酸与细胞内蛋白质周转
细胞内持续的蛋白质合成和降解统称为细胞内蛋白质周 转，这决定着细胞和组织内的蛋白质平衡及氨基酸的净 释放量
Pooled SEM = 13 mmol/L.
Kim et al.,2004. J Nutr 134:625-630.
功能性氨基酸与肠道功能
氨基酸是肠道生长发育的重要营养支持，谷氨酰胺、 精氨酸和半胱胺酸等能氧化供能，促进细胞增殖和 粘膜发育；合成NO和多胺，增强肠道免疫屏障，对 维护肠道正常形态结构和生理功能有重要作用。 谷胺酰胺是猪肠道上皮细胞的一种主要能量底物，是 合成嘌呤和嘧啶核苷酸的一种必需前体物，被认为 可维护猪肠道屏障的完整性和功能。 在日粮中添加1％的谷胺酰胺能防治发生在断奶后7天 内的空肠萎缩症，并降低断奶后第2周的料重比。
功能性氨基酸的概念
功能AA是指除了合成蛋白质外还具有其它特殊功能 的AA，其不仅对动物的正常生长和维持是必需的， 而且对多种生物活性物质的合成也是必需的。 种类包括：精氨酸、谷氨酸/酰胺、支链氨基酸、色 氨酸、甘氨酸、天冬氨酸/酰胺、鸟氨酸、瓜氨酸、 脯氨酸、组氨酸、含硫氨基酸和牛磺酸等。 特殊功能包括：调节胎儿和新生动物发育、细胞内 蛋白质周转 、营养代谢、肠道功能和免疫功能。 合成的生物活性物质包括：NO、多胺、谷胱甘肽、 核酸、激素和神经递质等(Kim et al.,2007. Asian-Aust. J.
母体总增重(g/21d)
窝仔数 (n) 活仔数 (n/窝) 初生窝重 (g) 母体采食量(g/kg BW d) 母体总增重(g/21d) 窝仔数 (n) 活仔数 (n/窝) 初生窝重 (g)
78.5 ± 6.6
11.3 ± 0.6 11.3 ± 0.6 72.8 ± 5.5 71.1 ± 2.2 68.0 ± 3.9 11.4 ± 0.4 11.3 ± 0.4 75.2 ± 4.0
亮氨酸
1.6 a b c
1.8
1.4
rpS6 Phosphorylation (arbitrary units)
1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
rpS6 Phosphorylation (arbitrary units)
a
a b
1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
亮氨酸水平对组织器官蛋白合成速率的影响
器官 心脏 小肠后段 小肠前段 肾 肝脏 胰 脾 胃 日粮亮氨酸水平（％） 1.88 1.61 1.34 36.6a 27.7b 30.8b 73.2a 66.0b 66.2a 86.5a 74.6a 73.3a 72.7a 70.5ab 74.2a 57.0b 74.4b 64.0b 56.8b 53.8b 59.1b 60.9b 45.1c 75.5b 53.6c 57.0b 57.7b
100
0 0 110 30 45 60 90 110
妊娠期 妊娠期 Wu, Bazer, Tuo (1995) J Nutr 125:2859-2868
妊娠期在日粮中添加精氨酸对大鼠繁殖性能的影响
对照组 试验1 (n=12；整个妊娠期添加) 母体采食量(g/kg BW d) 71.0 ± 2.3 71.2 ± 1.9 精氨酸添加组
Ornithine
Flynn NE et al. (2000) J Anim Sci 78:2369-2375.
母乳中精氨酸/赖氨酸值和仔猪重(d7)
Arginine/Lysine Ratio
1.2
0.8 0.4
Means ± SEM, n=10
0 Sow's Milk Piglet Body
Wu G and Knabe DA (1994) J Nutr 124:415-424. Wu G et al. (1999) J Nutr 129:1031-1038.
Arg villus height and crypt depth of weaned pigs after Escherichia coli lipopolysaccharide (LPS) challenge
(Liu et al. 2008.Bri. J Nut. 100, 552–560)
A
HL
NL Treatment
LL
HL
NL Treatment
LL
高亮氨酸提高肌肉和肝脏磷酸化rpS6含量
Yin et al. FASEB J. 2008 22:877.12
亮氨酸
Total mTOR(arbitrary units)
HL NL LL 1.3
1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 HL NL Treatment LL
85.0 ± 6.4
14.5 ± 0.6* 14.5 ± 0.6* 97.5 ± 6.4* 71.3 ± 2.7 75.3 ± 3.6 14.7 ± 0.3* 14.7 ± 0.3* 92.4 ± 2.7*
试验2 (n=20；妊娠1～7d添加)
添加1％的Arg提 高胚胎成活率， 从而提高窝仔数 30％。这对预防 妊娠早期胚胎丢 失，提高哺乳动 物繁殖性能具有 重要的启示作用 (Zeng et al, 2008. J Nutr, 138: 1421-1425)。
Arg喂养的仔猪（d7-d21）的生长及血氨水平
300
b
a
100 80 血氨 (mmol/L) 60
Hale Waihona Puke a日增重 (g/d)
200 100 0
c
b
c
40
20 0
0% 0.2 % 精氨酸供给量（%）
Pooled SEM = 13 g/d.
0.4 % a-c:P < 0.05
0% 0.2 % 0.4 % 精氨酸供给量（%）
日龄 7-14 精氨酸添加量（％） 0 9b 0.2 93ab 0.4 108ab 0.6 143a 0.8 142a
14-21 7-21
15b 128b
170b 132b
186ab 140ab
214a 182a
213a 182a
注：同行数据标不同字母表示差异显著（P<0.05）。
与对照组比较，在代乳料中添加0.6~0.8%的精氨酸饲喂14d， 平均日增重提高42％ 上述数据均表明，精氨酸缺乏是限制新生仔猪发挥最大生长潜 力的一个主要因素
Total mTOR (arbitrary units)
1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5
Treatment
亮氨酸水平对肌肉和肝脏总mTOR含量的影响
日粮添加0.6％精氨酸7 d后对肌肉和肝脏中mTOR磷酸化的影响
Relative mTOR Phosphorylation on Ser2448(arbitrary units)
(Zhan et al.,2008. J. Nutr. 138: 1304–1309)
Arg increasing vascular endothelial growth factor
(Zhan et al.,2008. J. Nutr. 138: 1304–1309
代乳料中添加不同浓度精氨酸对7日龄断奶仔猪平均日 增重的影响（Yao et al., J. Nutr. 138: 867–872)
• 营养不良和感染是世界范围上动物成活、健 康、生长和繁殖后代的主要威胁。 • 蛋白质摄入缺乏仍是目前动物生产面临的一 个严重的营养问题。 • 蛋白质营养不良增加了动物对疾病的易感性 以及感染性疾病的发生率和死亡率。 • 最近的生化研究结果表明，某些氨基酸在调 节代谢和生理过程中具有多种独特的功能， 从而影响动物健康和生产
4EBP1 Phosphoylation (%Total 4EBP1)
40
35 30 25 20 15 10 5 0 HL NL treatment
LL
亮氨酸水平对肌肉(A)和肝脏(B)磷酸化4E-BP1含量的影响 亮氨酸可提高肌肉和肝脏中4E-BP1磷酸化的含量，1.88和 1.61%亮氨酸组肌肉中4E-BP1磷酸化含量比1.34%组分别提高 29、19%，肝脏中则分别提高19、4%。提示亮氨酸在低蛋白 日粮中可以提高断奶仔猪的蛋白质合成，通过调控蛋白起始翻 译因子促进器官蛋白的起始翻译 (Yin. FASEB J. 2008 2:877.12 )。
Wang et al. 2008. Amino Acid. DOI 10.1007/s00726-008-0152-
功能性氨基酸与肠道功能
• 精氨酸在体内能合成NO，促进多胺、胍氨酸、鸟 氨酸、α-酮戊二酸等肠粘膜滋养因子合成，恢复 肠粘膜结构完整性；促进下丘脑释放生长激素， 减少肠粘膜萎缩，加速受损肠粘膜的修复，维持 肠粘膜的结构和功能，增强机体免疫力。
哺乳仔猪血浆氨基酸浓度随年龄的变化
250
Plasma concentration (mmol/L)
a a b
200
c c
Means ± SEM, n=20 a-c: p<0.01.
150
a a
a a b c c c c