口服NCG可提高仔猪骨骼肌蛋白质合成

1、口服NCG增加仔猪骨骼肌蛋白质合成JW. Frank1，J.Escobar1，HV. Nguyen1，SC. Jobgen3，WS. Jobgen2，TA. Davis1 ，GY.Wu2 /译者：赖玉娇1. USDA/ARS贝勒医学院，儿童营养研究中心，休斯顿，TX77030-2600；2. 德州农工大学，动物科学营养系，卡城， TX 77843-2471译者单位：亚太兴牧（北京）科技有限公司（文章来源：本文译自0ral N-Carbamylglutamate Supplementation Increases Protein Synthesis in Skeletal Muscle of P

2、iglets， The Journal of Nutrition， 2007）摘要：本试验旨在研究口服NCG （N-乙酰谷氨酸类似物，精氨酸内源合成激活剂）提高乳 仔猪生长率的潜在机理。从每头泌乳母猪中挑选两头体重接近、性别相同的仔猪，口服 0（对 照组）或50mg NCG /kg BW,每12h 口服一次，持续7d。7d试验后，研究禁饲或饲喂情况 下的仔猪（n=32, BW=3kg）。过夜禁饲的仔猪在0和60min时饲喂水（对照组）或NCG。 过夜饲喂情况下的仔猪在0和60min时强饲试验组剂量的NCG的母猪乳汁。在60min时， 给仔猪注射大剂量殖苯丙氨酸，并在90min时将仔猪处死，测定

3、组织蛋白合成情况。在7d 试验期内，NCG组仔猪的体重比对照组增加了 28% （PV0.001）,强饲组的仔猪背最长肌、 腓肠肌和十二指肠的蛋白合成率高于禁饲仔猪（PV0.001）。NCG组仔猪背最长肌（P=0.050） 和十二指肠（P=0.068）的绝对蛋白质合成率分别比对照组仔猪高30和21%。饲喂NCG的 仔猪的血浆精氨酸和生长激素含量极显著高于对照组（P 0.001）。试验结果表明，口服NCG 提高血浆精氨酸和生长激素含量，并提高哺育期仔猪生长率和肌肉蛋白质的合成。1 引言断奶前生长率是决定新生仔猪成活率和断奶仔猪生长性能的重要因素之一（Klindt等， 2003）。然而，乳仔猪由于泌

4、乳母猪产奶量的限制无法达到最大的生长速率（Kim等，2004； Zijlstra等，1996）。自由采食代乳料的仔猪与母乳喂养的仔猪相比，体增重增加。但是， 目前商业猪场采用的代乳料系统都很昂贵。虽然母猪饲喂仔猪生长性能下降的代谢基础尚未 完全清楚,但这很有可能是由于必需氨基酸和/或能量供应不足导致的（Kim等，2004； Pluske 和 Dong， 1998）。哺乳仔猪的次最大生长出现在出生后的第8天（Zijlstra等，1996； Harrell等，1993）。 有趣的是，与其他必需氨基酸相比，哺乳仔猪血浆精氨酸含量在 7 日龄开始下降，并在第 14日龄时急剧下降（Flynn, 2000

5、）。血浆精氨酸含量的下降是因为母乳中的精氨酸含量相 对较低（Flynn, 2000； Wu等，1994）,以及肠细胞中肠道精氨酸合成所需的线粒体NAG合 成酶（NAGS）的活性下降（Wu等，2004）。初生仔猪内源精氨酸的合成在7日龄时下降约70%, 并在第14和21日龄时下降更多（Wu和Knabe, 1995； Wu, 1997）。虽然，仔猪可以在日粮 缺乏时期通过降低水解并提高循环的方式来保存日粮精氨酸（Wilkinson等，2004）,但这 种适应性的代谢调节并不会对生长性能的下降有所改善。代谢和生长数据表明，精氨酸缺乏 是限制哺乳仔猪最大生长速率的主要因素（Kim等，2004； Wu,

6、 2004）。NCG是NAG的代谢稳定类似物，可以激活氨甲酰磷酸合成酶（CPS-1）。CPS-1是肠细胞 精氨酸合成中的关键酶（Wu, 2004； Cohen和Grisoli, 1950）。仔猪口服NCG可提高内源 精氨酸的合成，从而增加血浆精氨酸含量（Wu, 2004）。我们假设，精氨酸有效率会限制仔 猪的生长，而添加NCG可提高精氨酸的内源供应，实现最大的肌肉蛋白质合成和仔猪生长速 率。本试验的目的是采用哺乳仔猪进行试验，验证以上的假设。2材料与方法开展两个试验以研究口服 NCG 提高哺乳仔猪生长率的机理。试验 1 评估禁饲条件下仔 猪。试验2 评估强饲条件下的仔猪。该项目按照由德州农工大

7、学和贝勒医学院试验动物管理 和使用委员会指导方针完成。2.1 试验动物试验选用约克X长白母猪和杜洛克X汉普郡公猪杂交后代（n=32）,在德州农工大学生 猪养殖中心饲养。为了消除母猪的产奶量和窝产仔数对初生仔猪生长性能的潜在影响，将每 头母猪产仔数10头作为标准，同窝中选取体重接近、性别相同的2头仔猪分配给两个处理 组。仔猪口服 0 （对照）或 50mg NCG/kg BW（Sigma-Aldrich 公司），12h 一次，持续 7 天。 NCG与水混合，使用5毫升注射器缓慢注入试验组仔猪口中。对照组仔猪注入等体积的水。 试验期间，哺乳母猪自由饮水和采食 ;日粮代谢能、蛋白质、赖氨酸、钙和磷分别

8、为 13.2MJ/Kg、14.1%、0.61%、0.80%和 0.60%（Flynn 等，2000； Wu 和 Knabe, 1994）。第 4 天口服NCG后，按照Escobar等（2006）给仔猪进行颈静脉导管插入手术；第7天口服NCG 后，对禁饲和强饲的仔猪测定组织蛋白合成。试验1：禁饲状态。7d试验结束后，对照组和NCG组选出14日龄仔猪，禁止哺乳12h后， 固定仔猪，在0、60 min时，分别灌入水或NCG。在0-90min期间内，每30min采集一次血 样。在60 min时，经由导管注射3H苯丙氨酸，以测定组织蛋白的合成速率。在90min时， 将猪处死，采集组织样本。试验2：强饲状

9、态。试验结束后，对照组和NCG组选取16日龄同窝仔猪，固定仔猪，在0、 60min时，用灌胃法强饲含有水或NCG的母乳7.5 mL/kg BW。强饲的母乳饲喂量相当于仔 猪之前的正常摄入量（Wu等，2000）。在0-90min期间，每30min采集一次血样。在60min 后，猪经由颈静脉注射3H苯丙氨酸，以确定组织蛋白的合成速率。在90min时将仔猪处死， 取出背最长肌（横跨最后5根肋骨）、腓肠肌、肝脏和小肠并称重。这些组织的权重代表解剖 组织质量（DTM），用于计算两个试验的绝对蛋白合成速率（ASR）。体内组织蛋白合成： 用水浸剂量技术测定体内的组织蛋白合成，仔猪经由颈静脉导管以 10mL/

10、kgBW注射苯丙氨酸的水浸剂（Amersham公司）（Garlick等，1980），该水浸剂含 1.5mmol/kgBW苯丙氨酸和37 MBq L-4-3H苯丙氨酸/kg BW。在注射H苯丙氨酸5、15和 30min后，采集全血样，用以测定苯丙氨酸的细胞外游离放射池。30min时的血样取出后，立 即注射戊巴比妥钠（50mg/kg BW）处死仔猪。每种组织的蛋白质合成速率（FSR; 天的蛋 白质合成百分比）计算式:FSR（%/d） =（S/S ）（T/t） 100,ba其中，Sb为蛋白质结合的苯丙氨酸特定放射性，S为5、15、30min时，组织血样中游 ba离苯丙氨酸的特定放射性，常数 T=14

11、40min/d， t 为特定组织的取样时间。我们之前曾报道， 施以苯丙氨酸水浸剂量后，组织游离苯丙氨酸放射性与氨酰tRNA放射性处于平衡；因此， 组织游离苯丙氨酸反应了组织前体池的特定放射性（Davis等，1999）。ASR由FSR时间和组织蛋白量（TPM）计算得到（Burrin等，1999）：ASR=（毫克蛋白/天）=FSRTPMTPM由组织蛋白浓度（TPC）乘以DTM得出：TPM=TPCDTM试验2中获得的TPM用以计算两个试验的组织ASR。化学分析：采用 HPLC 法分析血浆氨基酸，与先前报道的邻苯二甲醛前置柱衍生作用相关 （Wu等，1997）,除了用Millennium-32软件量化。

12、按照使用说明测定组织匀浆样本总TPC （蛋白检测试剂盒 23235）。用氯化铵作为对照，采用谷氨酸脱氢酶法分析血氨。按照前人 的方法，采用脲酶法和谷氨酸脱氢酶法分析血浆尿素（ Wu， 1995）。血浆葡萄糖浓度采用 YSI2300 STAT Plus分析。分别采用猪胰岛素和生长激素RIA仪器测定血浆胰岛素和生长激 素（Kim 等，2004）。统计分析:结合这2个试验数据，并使用SAS 般线性模型进行分析（SAS分析研究所）。统计模 型包括主效因素、饲喂状态（禁饲与强饲）和处理（对照与补充NCG）的互作。初始体重作 为生长性能和蛋白质合成的数据的协变量。血浆激素及代谢物浓度分析采用 SAS 一般

13、的线性 模型。 P0.31）o与禁饲的仔猪相 比，强饲状态的仔猪的背最长肌、腓肠肌和十二指肠蛋白质合成率较高（PvO.OOl）。口服 NCG仔猪的骨骼肌FSR较对照组有所升高，但差异不显著（P0.24）。NCG组的背最长肌ASR 提高30%（P=0.050）,腓肠肌提高21%（P=0.068）,十二指肠的绝对蛋白质合成速率略有 增加（P=0.103）。然而，NCG组的肝脏ASR未增加（P=0.804）。与禁饲的仔猪相比，强饲的 仔猪的背最长肌（PvO.001）、腓肠肌（PvO.001）和十二指肠（PvO.001）的蛋白合成绝对 速率较高；然而，两组间的肝脏蛋白质合成没有显着差异（P=0.212

14、）。表 1 口服 NCG 后，仔猪禁饲或强饲状态的生长性能和蛋白质合成禁饲强饲P值1对照NCG对照NCGSEM饲喂状态处理初体重，g2710278031603209650.0010.588末体重，g39464409471351431060.0330.001增重， g1236162915531934590.0330.001FSR2， %/d背最长肌5.96.917.118.51.10.0010.241腓肠肌8.39.114.915.40.70.0010.498肝80.078.881.479.11.40.7490.573十二指肠41.340.761.564.82.30.0010.441ASR3,

15、mg/d背最长肌147205435552360.0010.050腓肠肌223284397469240.0050.068肝112321162311179114513240.2120.804十二指肠48385124691079122940.0010.1031目前饲喂状态与处理间互作不显著;因此，从统计模型中删除。初始体重作为协变量进行统计分析。数据由平均值+标准误表示； 每个处理组 n=7-9。2FSR 蛋白质合成率。3ASR 绝对蛋白质合成率。血浆代谢 物和激 素浓 度见 图 1 。 禁饲仔 猪血 浆葡 萄糖的 浓度均 低于 强饲 仔猪 （PvO.OO1）,但随时间推移，此浓度没有变化（P=0.

16、28，图1A）。随后，时间X饲喂状态、 时间X处理或者时间X饲喂状态X处理互作不显著。本试验中测得的所有其他代谢物和激素 的浓度随时间变化差异显著（PvO.001）。强饲状态和补充NCG均影响尿素浓度（图1B）禁 饲对照组仔猪在取样90min的尿素浓度最高（时间X饲喂状态X处理，P=0.05）。与对照组 相比，口服NCG的仔猪的血浆氨浓度随时间降低（时间X处理，PvO.OO1;图1C）。此外，与 强饲的仔猪相比，禁饲的仔猪的血浆氨浓度随着时间变化有较大程度的降低（时间X状态, P=0.04）。口服NCG导致尿素和氨的浓度净降低。强饲仔猪的血浆胰岛素浓度较禁饲仔猪随时间增加（时间X饲喂状态，Pv

17、O.OO1;图1D）。虽然强饲仔猪的血浆精氨酸与禁饲仔猪相比在数值上有所升高，但差异不显著（P=0.13;图1E）。NCG组的血浆精氨酸和生长激素浓度随时间升高（图1F），但对照组的浓度无变化 （时间X处理，Pv0.001）。90min时的氨基酸的浓度见表2。口服NCG 90min后的必需氨基酸浓度不受影响（P 0.50,表2）。与对照组相比，NCG组只有血浆瓜氨酸（P0.001）和鸟氨酸（Pv0.025）（谷 氨酰胺和脯氨酸合成精氨酸途径中的中间体）浓度有较大程度的升高。-Fed / Control Food-dep rived I Controlt -Fed / NCG -o- Food-

18、d即ri鹽d / NCGTime, 0 001Time x Stale. P= 0.04Time x Treatment, P 益 0.001FdoEd)匸-dogEUIOS3025Time, Time, 0 001Time x Stale. P= 0.04Time x Treatment, P 益 0.001FdoEd)匸-dogEUIOS3025Time, P 0 001Time x Treatment. P 0.00150005030002306090图1仔猪口服水或NCG 7d,每天两次，A、B、C、D、E、F分别指示血浆葡萄糖、尿素、氨、胰岛素、精氨酸、和生长 激素浓度。强饲母乳的仔

19、猪，在0、60min进行测定；禁饲12h的仔猪，当即（Omin）进行测定。禁饲和强饲状态的仔猪，口服 50mg/kg BW NCG或水（对照组），在0和60min对组织蛋白质合成进行测定。数据为平均值+标准误;n=7-94 讨论本试验研究了添加 NCG 提高母猪饲喂仔猪生长速率的机理。我们证实了仔猪饲喂 NCG 可提高其生长速率（Wu等，2004）这一先前的研究结果，并进一步证实了生长速度的提高 同时还伴随着骨骼肌蛋白质合成的提高和血浆精氨酸和生长激素含量的增加。本试验结果表 明，通过提高内源精氨酸合成，从而提高其在血浆中的含量，我们间接为哺乳仔猪提供了实 现最佳生长速度和肌肉蛋白质合成所需的

20、限制性氨基酸。或者，生长速度和骨骼肌蛋白质合 成的提高可能是由于这些仔猪的生长激素含量增加，因为精氨酸是一种已知的生长激素的促 分泌素（Alba-Roth等，1988）。精氨酸在动物营养和代谢中起到多种重要作用。除了作为组织蛋白质的必需组成部分 夕卜，精氨酸还是肌酸、多胺和一氧化氮的必需前体（Wu和Morris, 1998）。NAGS合成NAG, NAG 激活 CPS-1（Meijer 等，1990），通过作为其变构激活剂，精氨酸在肝尿素循环中进行 的氨解毒过程中也起到了至关重要的作用。因此，血浆精氨酸和氨的含量是精氨酸状态的敏 感指示剂，若精氨酸缺乏的地方血浆氨含量升高（Wu等，2004）。

21、在本试验中，给仔猪饲喂 NCG 可提高禁饲和强饲状态下血浆精氨酸含量。血浆精氨酸的升高的同时血浆氨含量的下 降，尤其在禁饲仔猪中下降最为明显。对照组仔猪的血浆精氨酸和氨含量与之前发表值一致 （Flynn 等， 2000；Urschel 等， 2006）。体增重和骨骼肌蛋白质绝对合成率的数据表明，精 氨酸可能是母猪饲喂仔猪实现最佳生长速度的第一限制性氨基酸。血浆尿素含量结果证实了 这一发现，较高浓度的血浆尿素表明，必需氨基酸与蛋白质沉积的理想氨基酸比例失衡导致 净蛋白质合成率较低（Kim等，2004； NRC, 1998）和氨基酸分解代谢水平较高（Urschel 等， 2006）。在7日龄时，哺

22、乳仔猪血浆精氨酸含量在所有必需氨基酸中呈现最明显的下降（Flynn 等， 2000）。给仔猪提供高精氨酸含量的代乳料比母猪乳汁喂养的仔猪有更高仔猪生长速率（Kim 等， 2004）。然而，目前在商业猪场使用代乳料系统很不划算，并且需要生产者额外 的维护。尽管每天口服2 次高剂量精氨酸或瓜氨酸可提高血浆精氨酸含量，但会导致血浆中 其他必需氨基酸（如赖氨酸和色氨酸）含量的下降，因为在猪肠细胞中它们使用共同的运输 系统（如精氨酸和赖氨酸；瓜氨酸和色氨酸）（Wu,2004）。补充精氨酸或瓜氨酸的一种可行方法就是使用NCG。NCG被用于治疗因NAGS缺乏而导 致的高氨血症病人（Guffon等，1995）

23、。作为一种CPS-1代谢稳定的激活剂，NCG刺激猪肠 细胞中的谷氨酸盐和脯氨酸合成瓜氨酸和精氨酸（Wu,2004）。重要的是，给4日龄母猪饲喂 仔猪口服 NCG 可提高血浆精氨酸水平 68%，并在 10 日内提高体增重 1.3kg 而并不改变体组 成（Wu,2004）。有趣的是，我们在这个研究中发现的较高的骨骼肌绝对蛋白质合成率并不能 完全解释体重的增长。我们可以假设，精氨酸不仅能提高仔猪肌肉蛋白质的合成，还能阻止 肌肉蛋白质的降解。此外，试验中所观察到的体增重增加也很有可能与脂肪沉积有关。然而， Wu 等（2004） 在之前的研究中对饲喂NCG组和对照组仔猪脂肪含量进行了测量，并没有发现明显

24、差异。此 外，Fu等（1996）也发现给Zucker糖尿病大鼠饲喂精氨酸可选择性地降低腹部和附睾的脂 肪质量。这些脂肪含量的下降都伴随着脂肪分解的增强和控制脂肪氧化基因的激活（D avis 等， 1996）。因此，我们并没有期望精氨酸能有提高仔猪不同部位脂肪沉积的作用。我们之前的研究表明，饲喂可促进仔猪蛋白质合成，且反应量级随着发育迅速降低 （Davis 等， 1996）。由饲喂引起的蛋白质合成的增加可通过注入胰岛素和氨基酸来重复实 现（Davis等，1998）。骨骼肌蛋白质合成是由胰岛素和氨基酸来激发的，其中肝和内脏组 织的蛋白质合成仅通过注射氨基酸激发。在本试验中，再次发现强饲仔猪骨骼肌和十二指肠 蛋白质合成水平高于禁饲组。然而，饲喂对肝蛋白质合成并没有影响（表1）。精氨酸是胰岛素和生长激素分泌的有效促进剂（Cochard等，1998）。虽然，在本研究 中发现NCG处理对血浆胰岛素水平没有影响，但NCG处理组仔猪生长激素水平伴随着血浆精 氨酸水平升高而增加。因此，给予外源生长激素的生长猪的增重（Oliver等，2005）和肌 肉蛋白质合成（Bush等，2003）高于对照组。精氨酸对生长激素分泌的作用可能是由生长 激素的一种分泌抑制引起的（Alba-Roth等，1