周 苗，范馨尹，康 萌

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128）

N-氨甲酰谷氨酸（N-carbamylglutamate,NCG）是N-乙酰谷氨酸（N-acetylglutamate, NAG）的結(jié)構(gòu)類似物，分子式為C6H10N2O5，分子量為190.15，結(jié)構(gòu)如圖1[1]。在動(dòng)物體內(nèi)NCG可以替代NAG誘導(dǎo)內(nèi)源性精氨酸合成鏈中第一限速酶（氨基甲酰磷酸合酶-1）產(chǎn)生活性，從而促進(jìn)精氨酸的內(nèi)源合成，并且具有半衰期較長、代謝穩(wěn)定、安全性高、來源充足、成本較低及與其他氨基酸無拮抗作用等優(yōu)點(diǎn)[2-3]。大量研究表明，NCG具有促進(jìn)動(dòng)物生長發(fā)育[4]、提高雌性動(dòng)物產(chǎn)仔數(shù)及胎兒發(fā)育[5]、改善胃腸道健康[6]、增強(qiáng)免疫力和抗病力[7]等作用，并已于2014年被我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部批準(zhǔn)為新型畜禽飼用添加劑，具備良好的應(yīng)用推廣前景。本文旨在對NCG的主要生理功能及其在豬生產(chǎn)中的研究結(jié)果進(jìn)行總結(jié)歸納，并對其潛在的可能機(jī)制進(jìn)行探討，以期為NCG進(jìn)一步研究及推廣應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

圖1 氨基甲酰谷氨酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1 NCG的生理功能

1.1 抗氧化

動(dòng)物機(jī)體易被多種因素誘導(dǎo)產(chǎn)生過量自由基，自由基超過動(dòng)物自身清除能力，就會引起動(dòng)物產(chǎn)生一系列病理反應(yīng)，降低生產(chǎn)性能，甚至危及生命[8]。通過衡量總抗氧化能力（T-AOC）及過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSHPx）、超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）水平等指標(biāo)可以反映機(jī)體氧化還原平衡狀態(tài)。馬巍等[9]在夏寒雜交公羊飼糧中添加0.12% NCG后，結(jié)果顯示其血清MDA含量顯著降低（P＜0.05），表明NCG能夠提高機(jī)體脂質(zhì)過氧化系統(tǒng)抗氧化能力。研究發(fā)現(xiàn)，NO能夠促進(jìn)機(jī)體清除超氧化物、羥基自由基及過氧化氫[10]，而NCG可以顯著提高產(chǎn)蛋后期京紅1號商品蛋雞血漿、盲腸、十二指腸的NO含量，增強(qiáng)血漿一氧化氮合成酶（NOS）活力及T-SOD的活力（P＜0.05）[11]。趙相洋等[12]發(fā)現(xiàn)，NCG能提高荷斯坦雌性奶牛血清T-AOC、GSH-Px水平，降低MDA含量（P＜0.05），并且在一定劑量范圍內(nèi)呈劑量依賴關(guān)系，表明NCG可以有效提高奶?？寡趸芰?。此外，NCG能顯著提高哺乳仔兔血清T-AOC、斷奶仔兔血清SOD、GSH-Px[13]及肝臟T-SOD 活力[14]（P＜0.05）。綜上，NCG可以通過提高機(jī)體多種組織的抗氧化酶水平及活性，降低脂質(zhì)過氧化代謝產(chǎn)物MDA水平，并促進(jìn)內(nèi)源性精氨酸合成及其下游產(chǎn)物NO的生成，從而增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體的抗氧化能力。

1.2 增強(qiáng)免疫能力

動(dòng)物正常免疫器官指數(shù)及機(jī)體免疫球蛋白水平在一定范圍內(nèi)越高，在一定程度上表明其免疫能力越強(qiáng)。馮玉祥[2]使用NCG灌服昆明小鼠14 d后發(fā)現(xiàn)，小鼠胸腺指數(shù)和脾臟指數(shù)、血清干擾素（IFN-γ）、免疫球蛋白-G（IgG）及小腸黏膜分泌型免疫球蛋白A（sIgA）水平得到顯著提高（P＜0.05），表明NCG可以增強(qiáng)小鼠免疫功能。王慶爭[15]發(fā)現(xiàn)，NCG可以顯著提高伊拉幼兔血清白介素-2（IL-2）及空腸和回腸IL-2 基因的表達(dá)（P＜0.05）。黃雅莉等[16]發(fā)現(xiàn)，NCG能增強(qiáng)三黃雞免疫能力，提高其血清IgA、IgG、IgM水平。此外，有研究表明NCG可以增強(qiáng)仔豬對大腸桿菌的耐受能力，提高感染藍(lán)耳病的經(jīng)產(chǎn)母豬的免疫能力，改善機(jī)體IgG、IgM及藍(lán)耳病病毒抗體水平，降低藍(lán)耳病病毒對母豬繁殖能力的影響[17-18]。

1.3 改善胃腸道健康

胃腸道是動(dòng)物重要的消化及免疫器官，其健康狀況尤為重要。吳曉峰[19]發(fā)現(xiàn)，NCG可以提高荷斯坦奶牛瘤胃乙酸、丙酸和丁酸及總揮發(fā)性脂肪酸濃度，并降低氨態(tài)氮含量，提高微生物蛋白含量（P＜0.05），表明NCG可以改善瘤胃發(fā)酵，與任利圓的試驗(yàn)結(jié)果基本一致[20]。此外，孫雪麗等[21]發(fā)現(xiàn)NCG能降低甲烷球菌屬、甲烷絲狀菌屬等產(chǎn)甲烷古菌屬的豐度，顯著降低甲烷排放量（P＜0.05）。腸道絨毛高度（VH）、隱窩深度（CD）及其比值（V/C）等形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)是衡量腸道狀況的重要指標(biāo)，有研究發(fā)現(xiàn)，NCG可以維持氧化應(yīng)激狀態(tài)下小鼠腸道的VH、CD及絨毛面積[22]。王慶爭發(fā)現(xiàn)，NCG對肉兔腸道形態(tài)也有改善作用，能提高小腸VH和V/C、降低CD，同時(shí)增強(qiáng)空、回腸屏障蛋白Occludin、ZO-1的表達(dá)（P＜0.05）；在菌群調(diào)節(jié)方面，NCG可以增加肉兔盲腸菌群多樣性，提高有益菌厚壁菌門菌群豐度，降低擬桿菌門、疣微菌門豐度。Zhang等[23]發(fā)現(xiàn)，NCG可以促進(jìn)宮內(nèi)發(fā)育遲緩乳羔羊十二指腸絨毛杯狀細(xì)胞增殖，提高VH和V/C，并降低回腸壞死率（P＜0.05）?？傊琋CG可以維護(hù)腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)完整性及促進(jìn)絨毛發(fā)育，同時(shí)還能調(diào)控胃腸道微生物區(qū)系，提高有益菌含量。

1.4 提高繁殖性能

大量研究表明，NCG能夠促進(jìn)胎兒發(fā)育、提高動(dòng)物生殖效率[5]。Ma等[24]發(fā)現(xiàn)，1% NCG可以上調(diào)卵巢血管生成和細(xì)胞增殖相關(guān)基因的表達(dá)，下調(diào)凋亡相關(guān)基因的表達(dá)，提高血漿氨基酸和NO水平，促進(jìn)卵巢血管生成，從而加快卵泡生長發(fā)育。Feng等[25]發(fā)現(xiàn)，NCG可能直接影響豬的卵泡功能，而且對不同階段卵泡效果不同，NCG能抑制直徑大于5 mm卵泡的顆粒細(xì)胞自身和促卵泡素（FSH）誘導(dǎo)的黃體酮（P4）和雌二醇（E2）產(chǎn)生，但可以促進(jìn)細(xì)胞增殖；降低經(jīng)胰島素樣生長因子-1（IGF1）加FSH處理的卵泡（直徑小于5 mm）顆粒細(xì)胞合成P4，而不影響E2生成及細(xì)胞增殖。飼喂NCG可以增加子宮中精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸的水平，可以在胚胎著床期間增強(qiáng)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和刺激轉(zhuǎn)錄激活因子3、蛋白激酶B和70-kDa核糖體蛋白S6激酶的表達(dá)，增加產(chǎn)仔數(shù)[26]。NCG對胎盤功能的影響可能源于對胎盤滋養(yǎng)層的直接影響，研究發(fā)現(xiàn)NCG能抑制胎盤滋養(yǎng)層中CYP1A1、CYP19A1和CASP3的表達(dá)，提高CCDN1和CDK4的表達(dá)，減少胎盤滋養(yǎng)層孕酮、雄烯二酮、睪酮和E2的產(chǎn)生，促進(jìn)胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖，從而調(diào)節(jié)胎盤功能[27]。Sun等[28]發(fā)現(xiàn)，NCG通過調(diào)節(jié)胚胎組織中氨基酸的濃度和胎兒生長激素軸相關(guān)蛋白的基因表達(dá)，提高胎兒胰島素、IGF1、氨基酸及乳酸鹽水平，改善了胎兒內(nèi)分泌的代謝穩(wěn)態(tài)、增強(qiáng)了胎兒對氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)的利用，從而提高胎兒均勻度。Zhang等[29]發(fā)現(xiàn)，給母羊補(bǔ)充NCG可顯著改善營養(yǎng)受限母羊母體和胎兒血漿以及胎兒尿囊液和羊水中氨基酸和多胺的濃度，增加了胚胎中氨基酸的可獲得性，降低了宮內(nèi)發(fā)育不良羔羊的發(fā)生率。此外，母體補(bǔ)充NCG能顯著提高子代初生重[30]。NCG改善母體繁殖性能主要是通過調(diào)控相關(guān)基因表達(dá)控制GnRH合成和釋放控制下游激素水平，促進(jìn)相關(guān)組織細(xì)胞增殖發(fā)育，同時(shí)增加胚胎氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)攝取等途徑發(fā)揮作用[31]。

2 NCG在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 種豬

種豬生產(chǎn)力是生豬生產(chǎn)的基礎(chǔ)，近年研究表明，NCG對種豬繁殖性能有積極作用。Zhu等[32]發(fā)現(xiàn)，頭胎母豬妊娠前期補(bǔ)充NCG后，上調(diào)整合素-av、整合素-b3、內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）3種與胚胎著床和發(fā)育密切相關(guān)的蛋白質(zhì)表達(dá)，能顯著增加妊娠14 d和28 d胚胎著床數(shù)和胚胎存活數(shù)，顯著降低胚胎死亡率（P＜0.05）。Zhang等[33]也發(fā)現(xiàn)頭胎母豬妊娠期一直使用NCG可以提高產(chǎn)活仔數(shù)和窩均初生重（P＜0.05），可能與上調(diào)絨毛尿囊膜eNOS、血管內(nèi)皮生長因子A（VEGF-A）、胎盤生長因子和血管生成素-2基因表達(dá)有關(guān)。在經(jīng)產(chǎn)母豬妊娠后期及泌乳期補(bǔ)充NCG可以改善母豬血漿部分氨基酸濃度、提高窩產(chǎn)總仔數(shù)和活仔數(shù)、仔豬初生重，降低死胎率和弱仔率（P＜0.05）[34]；改善母豬泌乳量、增加母豬血清白蛋白、IgM和IgG水平，增加哺乳仔豬日增重、斷奶窩重及個(gè)體重（P＜0.05）[35]，與劉星達(dá)等[36]在早年的試驗(yàn)結(jié)果類似。在公豬方面，補(bǔ)充NCG可以縮短射精反應(yīng)時(shí)間、提高射精持續(xù)時(shí)間、增加射精量（P＜0.05），同時(shí)提高精子活率及精漿總蛋白和精液T-AOC、GSH-Px、SOD含量，降低畸形精子比例（P＜0.05），表明NCG可以提高公豬繁殖性能，這可能與公豬血清FSH、LH及睪酮含量升高有關(guān)[37-38]。

2.2 仔豬

功能性添加劑是提高仔豬培育成功率的重要措施之一，NCG也有利于仔豬健康。給幼齡哺乳仔豬灌服NCG，可以提高仔豬日增重、血清瓜氨酸和精氨酸水平，上調(diào)小腸氨甲酰磷酸合酶1表達(dá)，促進(jìn)內(nèi)源性精氨酸和背最長肌、腓腸肌等肌肉蛋白質(zhì)合成[39]；提高心臟、肝臟、脾臟、腎臟、胃的相對重量，促進(jìn)臟器發(fā)育[40]。在斷奶仔豬飼糧中補(bǔ)充NCG可以促進(jìn)蛋白質(zhì)和磷的消化吸收，利于內(nèi)源性精氨酸合成，提高日增重、日采食量，降低料重比，同時(shí)改善腹瀉狀況，提高生長性能[41-42]。NCG對仔豬促生長作用可能與上調(diào)仔豬腸道SNAT2、質(zhì)子耦合氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1、鈣感應(yīng)受體、磷脂酶Cβ2和味覺受體1家族成員3等氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體相關(guān)mRNA的表達(dá)有關(guān)，進(jìn)而激活機(jī)體相關(guān)氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)感應(yīng)及吸收通路，提高部分氨基酸的利用[43]。此外NCG可以促進(jìn)斷奶仔豬小腸生長，提高十二指腸、空腸和回腸VH和黏膜厚度，促進(jìn)杯狀細(xì)胞增殖，可能是通過上調(diào)與上皮細(xì)胞增殖有關(guān)基因表達(dá)，如VEGF和β-連環(huán)蛋白[44-45]。NCG還能調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，提高有益菌數(shù)量，促進(jìn)仔豬腸道健康[46]。

2.3 生長肥育豬

研究表明，NCG可以提高肥育豬日增重和低蛋白質(zhì)飼糧表觀消化率[47]，同時(shí)血清精氨酸、蛋氨酸、絲氨酸、組氨酸、谷氨酰胺及甲狀腺素、生長激素、胰島素、類胰島素生長因子2水平得到提高，E2和皮質(zhì)醇水平降低[48-49]，孔祥書等[50]使用不同水平NCG飼喂杜長大生長肥育豬發(fā)現(xiàn)，NCG可以顯著提高日增重，降低料重比，改善飼料報(bào)酬，提高經(jīng)濟(jì)效益，以0.1%添加量最具性價(jià)比（P＜0.05），預(yù)估每年能幫助十萬頭豬場提高500余萬元經(jīng)濟(jì)效益。NCG還能降低背膘厚度、增加眼肌面積，改善胴體品質(zhì)。隨著國民生活水平的提高，豬肉品質(zhì)及營養(yǎng)越來越被重視。趙元等[51]發(fā)現(xiàn)，NCG可以提高肥育豬肌肉肌內(nèi)脂肪含量、大理石花紋評分，降低背最長肌滴水損失。Ye等[52]報(bào)道使用NCG可以生產(chǎn)富含亮氨酸的功能性豬肉，并改善豬肉不飽和脂肪酸（PUFA）成分種類。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)張彬團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，NCG可以減少寧鄉(xiāng)豬背側(cè)皮下脂肪沉積，降低背最長肌剪切力，改善豬肉嫩度，同時(shí)改善豬肉脂肪及脂肪酸沉積，提高背最長肌油酸、α-亞麻酸、泡桐酸及腎周脂肪中硬脂酸含量，降低花生四烯酸和PUFA含量，提升寧鄉(xiāng)豬豬肉品質(zhì)[53]。

3 小結(jié)與展望

利用NCG作為內(nèi)源性精氨酸合成的外源前體物質(zhì)，有效緩解了精氨酸直接添加成本過高的問題，并且具有添加劑量小、作用時(shí)間長、代謝穩(wěn)定、生豬生產(chǎn)全程使用作用明顯等優(yōu)點(diǎn)，在提高種豬繁殖性能、維護(hù)豬群健康、促進(jìn)生長發(fā)育、改善豬肉品質(zhì)等方面功效良好，是一種極具推廣應(yīng)用價(jià)值的新型飼料添加劑。但NCG在生產(chǎn)工藝、作用機(jī)理及應(yīng)用推廣范圍等方面還需要不斷優(yōu)化，以推動(dòng)NCG進(jìn)一步研究及應(yīng)用推廣。