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                      【院士分享】精氨酸、谷氨酸、亮氨酸、NCG等氨基酸的新功能對豬脂質代謝和能量平衡的調控

                      時間:2016-08-20作者:  admin

                       
                      專家簡介:
                       


                      印遇龍院士  中國科學院亞熱帶農業生態研究所

                       

                      湖南師范大學生命科學學院院長、特聘教授,中國科學院亞熱帶農業生態研究所畜牧健康養殖中心主任,學術委員會副主任,湖南省政協常委,湖南省海外聯誼會常務理事,湖南省九三學社省委委員,動物營養學國家重點實驗室、生物飼料安全與污染防控國家工程實驗室和中國科學院亞熱帶農業生態系統過程重點實驗室學術委員會委員。

                       

                      2016年3月29-31日,在北京舉辦的“中國畜牧飼料科技未來20年高端論壇”上,印遇龍院士與參會嘉賓分享了主題為《氨基酸的新功能及其對脂質代謝和能量平衡的調控》的精彩報告,下面小編將新飼料雜志社編輯張瑞霜整理的聽講筆記與大家一起享受一場知識的盛宴~

                       

                      氨基酸是構成動物機體蛋白質結構功能的基本單位。過去一直認為氨基酸只是提供蛋白質合成的原料。25%~54%氨基酸在腸道發生分解代謝,機體蛋白質的沉積實質上是氨基酸的沉積。研究表明,氨基酸對多種生物活性物質的合成也是必需的,并且對動物的生長、發育和肉品質均具有重要作用。下面我們將重點探討一下氨基酸的新功能及其對脂質代謝和能量平衡的調控。

                       

                      1  精氨酸對脂質代謝和能量分配的作用

                      研究表明,日糧添加1%精氨酸,可提高育肥豬胴體瘦肉率,降低脂肪率,改善豬肉質性狀,提高肌肉組織4E-BP1、rpS6和eIF4E的磷酸化水平,降低總eIF4G的含量,促進機體蛋白質的合成,減少脂肪的沉積。

                       

                      精氨酸可差異調控育肥豬肌肉和脂肪組織的脂肪代謝相關酶活性和基因表達,從而降低機體脂肪率、提高肌內脂肪含量,改善肉品質。

                      研究發現,添加精氨酸能夠降低血清中腸道菌群的代謝產物濃度,通過改變脂質信號轉導分子濃度來增強機體蛋白質合成和減少脂肪的沉積,提高育肥豬背最長肌粗蛋白含量和脂肪含量(圖1),提高育肥豬背最長肌肌糖原含量,從而降低乳酸含量,顯著提高屠宰后45min的肌肉pH(圖2),提高育肥豬肌肉組織中油酸(C18∶1n-9)含量,而降低了硬脂酸(C18∶0)和亞油酸(C18∶2n-6)含量(圖3)。

                       

                      2  谷氨酸對生長豬胴體性狀和脂質代謝的調控

                      常脂日糧添加谷氨酸鈉,生長豬的眼肌面積顯著降低,脂肪率和肌內脂肪含量顯著升高;高脂日糧添加谷氨酸鈉,生長豬肌內脂肪含量顯著降低,可顯著降低背最長肌中單不飽和脂肪酸(MUFA)含量、增加多不飽和脂肪酸(PUFA)含量;高脂日糧添加谷氨酸鈉,可增加股二頭肌中SFA的含量,降低MUFA含量。表明谷氨酸鈉能正向調節肌肉脂肪酸組成,從而改善豬肉品質。

                       

                      日糧中添加谷氨酸鈉和脂肪都能促進肝臟中脂肪酸的裝載。谷氨酸鈉可增加背部脂肪組織而降低腎周脂中游離脂肪酸的供給,日糧脂肪則使得包含腎周脂在內的脂肪組織的脂肪酸供給加強。

                       

                      常脂日糧中添加谷氨酸鈉可上調背脂中與脂肪合成相關基因的表達,高脂日糧中添加谷氨酸鈉則可上調背脂中與脂肪分解相關基因的表達。常脂或高脂日糧中添加谷氨酸鈉并不影響生長豬脂肪和肝臟組織中與脂肪酸β-氧化相關的CPT-1基因的表達。

                       

                      3  支鏈氨基酸對脂質代謝和能量分配的調控

                      日糧氮營養素的高效利用主要體現在肌肉組織的增長等方面。支鏈氨基酸(BCAA)在促進肌肉蛋白質合成方面有著明顯優勢,而在脂質代謝方面的研究卻較少。

                       

                      Ashley Knight(2013)報道,支鏈氨基酸成員中的亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸在機體代謝中競爭相同的關鍵酶(BCAT和BCKDC),說明三者的比例平衡具有重要意義。

                       

                      以BCAA的平衡為理論基礎,初步開展了低蛋白日糧補充不同比例的BCAA對生長豬脂質代謝的影響。

                      試驗表明,生長豬10~30kg階段,與20%CP相比,17%CP補充BCAAs比例為1∶0.25∶0.25和1∶0.75∶0.75顯著增加股二頭肌的肌內脂肪含量,而比例大于1∶0.25∶0.25則提高胴體的脂肪率。與20%的日糧蛋白水平相比,17%的蛋白水平結合平衡的BCAAs可改善不同部位肌肉組織n-3PUFA含量以及n-6/n-3PUFA,其中以1∶0.75∶0.75組最佳(見表1)。該結果進一步提示,氨基酸代謝與脂肪酸代謝之間存在互作。

                       

                      不同的支鏈氨基酸比例特異性調控不同部位肌肉組織的脂肪代謝,主要通過調節脂肪合成與分解的限速酶以及脂肪酸結合蛋白與轉運蛋白相關的基因表達。

                       

                      試驗進一步表明,前期關于脂質代謝的研究主要集中于肌肉組織和脂肪組織,其能量平衡還與兩種組織之間的相互作用有關,這種作用關系直接影響到肌肉生長、脂肪沉積和肌內脂肪的形成。肌肉組織和脂肪組織通過肌細胞因子Myokine和脂肪細胞因子Adipokine進行“對話”,為氨基酸的營養調控提供了新的效應靶點。前期研究發現,肌細胞因子Myostain通過激活ERK1/2通路抑制3T3-L1細胞分化,脂肪細胞因子Chemerin通過激活ERK1/2通路抑制C2C12細胞分化。

                       

                      氨基酸是否調控肌細胞因子或脂肪細胞因子的分泌?并通過這些因子調節肌肉組織和脂肪組織的脂質代謝與能量分配?這些問題都有待進一步深入研究。

                       

                      4  亮氨酸對肌細胞因子和脂肪細胞因子分泌的調節

                      利用Transwell小室將分化后的C2C12肌管細胞與3T3-L1成熟的脂肪細胞進行共培養,考察亮氨酸對脂質代謝調控相關細胞因子表達的調節。研究表明,肌細胞與脂肪細胞共培養條件下,亮氨酸上調mTOR而下調AMPKβ1磷酸化蛋白的表達水平,細胞事件趨于消耗能量的蛋白合成。經分泌蛋白質組學分析,篩選得到4個倍數大于1.2的上調蛋白和6個倍數小于0.75的下調蛋白,其具體功能有待進一步挖掘。脂肪細胞與肌細胞共培養條件下,亮氨酸促進脂肪細胞因子Chemerin、肌細胞因子IL-6和生長因子家族IGFBP-3的分泌表達,而降低IGFBP-2、IGFBP-5、IGFBP-6的分泌表達。這些因子將繼續發揮細胞之間的能量調節作用。共培養條件下,亮氨酸上調脂肪細胞PPARγ和FAS的基因表達,促進脂肪的合成。同時,我們發現mTOR信號通路抑制劑雷帕霉素顯著抑制與脂肪生成相關的基因,促進脂肪的分解。

                       

                      5  谷氨酰胺調節脂肪細胞和巨噬細胞的互作

                      胰島素抵抗的形成過程中,脂肪細胞周圍的血管生成減少,巨噬細胞的滲透增強(圖4)。谷氨酸依賴谷氨酰胺合成酶(GS)生成谷氨酰胺,GS在分化成熟的脂肪細胞中高表達,而在巨噬細胞中的表達量非常低。因此,推測脂肪細胞為巨噬細胞提供谷氨酰胺作為能量來源。前脂肪細胞分化過程中的分子c/EBPβ、PPARγ以及c/EBPα的表達都需要谷氨酰胺。脂肪細胞與巨噬細胞共培養增加了促炎性因子(IL-6、MCP-1、RANTES)的分泌表達。

                       

                      6  N-氨甲酰谷氨酸(NCG)對育肥豬生長發育

                      N-氨甲酰谷氨酸(NCG)不會影響賴氨酸、組氨酸和色氨酸的吸收,還可以持續激活精氨酸和瓜氨酸的合成,同時具有高效穩定、使用成本低及在腸道黏膜中半衰期長(8~10h)等優點。吳琛等(2011)為了研究添加NCG對環江香豬胴體性狀的影響,在28~33kg環江香豬日糧中添加800gNCG,發現可顯著降低脂肪率和均膘厚,顯著提高屠宰率。

                       

                      7  半胱胺改善豬肉品質

                      半胱胺的巰基(-SH)自身具有很高的還原性。并且,半胱胺是谷胱甘肽的組成成分之一,能夠提高血液中GSH的濃度,提高動物對抗高溫應激氧化損傷的能力。

                       

                      添加包膜半胱胺能夠提高育肥豬的生長性能、胴體性能;改善豬肉保水性及風味;保持長時間貯存條件下肉色狀態。研究表明,添加量為70mg/kg,對改善生長性能、胴體性能及肉質的效果相對較好。

                       

                      8  研究展望

                      ①精氨酸通過營養感受體調控棕色脂肪以及白色脂肪棕色化相關方面的研究。

                       

                      ②亮氨酸調控豬肌肉組織和脂肪組織能量代謝平衡方面的研究。

                       

                      ③亮氨酸中間代謝產物HMB和α-KIC對豬脂質代謝的調節作用。

                       

                      ④日糧蛋氨酸限制不僅調控脂肪代謝,且改善機體的整體代謝,相關機制都有待進一步揭示。

                       

                      ⑤以脂肪細胞為中心,研究其與肌細胞、肝細胞、乳腺上皮細胞和血管內皮細胞之間的互作,為改善豬的脂質代謝與能量分配提供參考。

                      (本文已發表在《規模養豬》2016年6期,版權歸原作者所有,轉載請注明出處。)


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