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精胺酸內源啟動劑N-胺甲醯麩胺酸在動物生產中的應用

馮占雨,岳龍耀,王春平,譙仕彥

國家飼料工程技術研究中心 亞太興牧(北京)科技有限公司,北京100193

近年來豬營養領域一個重大的發現是精胺酸族胺基酸在調控機體營養代謝和免疫反應方面起重要作用,其機理和效果非常明確,國內外學者對此進行了諸多綜述。但由於精胺酸成本相對過高,且在飼糧中依據有效劑量添加時可能對其他胺基酸代謝產生干擾,於是產業人士希望通過另一種物質即N-胺甲醯麩胺酸(NCG)促進内源精胺酸的生成、改善動物健康狀況和生產性能。本文闡述了NCG在動物生產中的利用情況,使大家更清楚地瞭解其功用。

1  NCG的理化特點和主要功能

N-胺甲醯麩胺酸英文名稱為N-Carbamylglutamate,簡稱NCG,分子式為C6H10N2O5,分子量是190.15,純品為無色透明晶體,CAS(美國化學文摘服務社)編號為1188-38-1,極易溶于水,難溶於有機溶劑,活性物質等電點為pH 3.02,其立體結構見圖1。

根據NCG化學組成,可用紅外光譜(IR)、核磁共振(NMR)和高效液相色譜(HPLC)方法對其進行鑒定,其含量檢測可用NMR和HPLC方法。

NCG通過促進精胺酸內源合成,提高多胎動物窩產仔數和初生重、促進幼齡動物生長和發育。

2  NCG的作用途徑

NCG化學結構(圖2)是N-乙醯麩胺酸(NAG)類似物(圖3),在動物體內可以像NAG一樣參與機體尿素循環,半衰期長,代謝穩定,具有廣泛的生物學功能。研究表明,NCG可作為代謝啟動劑參與二氫吡咯-5-羧酸合成酶(P5CS)和胺甲醯磷酸合成酶Ⅰ(CPS-Ⅰ)的啟動,促進麩胺醯胺或脯胺酸合成瓜胺酸,進而促進精胺酸的生成,詳見圖4。一氧化氮(NO)和多胺在機體內作用廣泛,可促進局部血液循環,精胺酸作為合成它們的必需前體物質是不可缺少的,而NCG能有效提高精胺酸含量,對維持精胺酸水準及機體正常生理功能十分重要。

3  NCG的主要用途

3.1  人類健康方面

以前由於成本問題,NCG主要應用於人類。一方面作為營養強化劑可顯著增加肌肉產量,用在許多流行的健美運動促肌肉增長產品(例如加拿大Nutrabolics公司的Hemotropin,美國CMI公司的Anabolic Signal等)中。另一方面作為藥品用於治療人類的某些罕見病,例如義大利Orphan Europe公司生產的Carbaglu (主要成分為NCG)在2003年獲歐盟批准,用於治療新生兒先天NAG合成酶缺失引起的高血氨症,該藥已於2010年3月獲美國FDA(食品和藥物管理局)首肯,有機會進入美國市場;此外,對新生兒另外一種罕見遺傳性疾病—楓糖尿症,NCG也有望發揮很好的治療作用。

3.2  食品動物生產方面

以前限於成本,NCG沒有用於經濟動物生產,只對哺乳仔豬做過研究;但對NCG促進生成的精胺酸在懷孕母豬和仔豬上做過許多研究,能顯著提高母豬生產效率和仔豬生長。儘管如此,由於在飼料中添加有效劑量的精胺酸成本過高,而且對其他胺基酸如離胺酸和色胺酸有拮抗作用,精胺酸在動物生產中應用受到很大限制。經過兩年多的科研攻關,借助國家農業科技成果轉化資金的支援,國家飼料工程技術研究中心(以下簡稱中心)開發出可用於食品動物生產的NCG。實證研究表明,NCG對懷孕母豬、哺乳母豬、哺乳仔豬、離乳仔豬及肉豬有明顯的積極影響,其他動物試驗也在進行中,前景看好。

4  NCG的安全性及代謝產物

由於已作為人類保健品和藥品使用,所以NCG是高度安全的。藥量試驗表明,大鼠口服2806 mg/kg體重或靜脈注射238.6 mg/kg體重(為最高靜脈注射級別)的NCG沒有發生中毒反應。

研究表明,男性志願者口服100 mg/kg體重的NCG,吸收率為30%;3 h(範圍為2~4 h)在血漿中達到峰值,濃度為2.6 μg/mL(範圍為1.8~4.8 μg/mL);表觀分佈容積(apparent volume of distribution)很高,為2 657 L(範圍為1 616~5 797 L)。攝入NCG前12 h消除較快,24 h後仍能檢測到,但數量僅為最大濃度的5%,其終末半衰期為28 h。

腸道細菌可能啟動了NCG的降解過程,糞便中確定的一種代謝產物為麩胺酸。攝入36~48 h後,血漿中出現NCG代謝產物峰值,消除較慢,半衰期為100 h。人口服100 mg/kg體重的NCG,9%從尿中、60%從糞便中以原物質形態排出。

作為NAG類似物,NCG使機體精胺酸維持在較高水準。精胺酸在體內經過一系列代謝過程轉化為有重要生物活性的物質,主要有NO和多胺(包括腐胺、亞精胺和精胺),見圖5。這些物質在調控機體營養代謝和免疫反應方面起重要作用,在多胎懷孕動物上尤其是如此。

5  食品動物生產中使用NCG與直接使用精胺酸相比的優點

(1)有效劑量相對成本的比較:在母豬和仔豬上的試驗表明,NCG添加量為精胺酸的1/10左右,即可達到同樣的效果,成本上有明顯優勢。

(2)體內代謝過程比較:精胺酸在動物體內極易被精胺酸酶水解,無法維持較高濃度;而NCG在體內代謝穩定,通過尿素循環持續促進精胺酸生成,可使機體精胺酸長期維持在一定生理濃度。

(3)對胺基酸平衡的影響:發揮多胎動物的繁殖潛力必須添加藥物劑量的精胺酸,但飼糧中添加過多精胺酸可能會干擾胺基酸平衡。而添加少量NCG既可在機體合成並維持較高的精胺酸水準,又能避免與離胺酸等的拮抗。

(4)對其他胺基酸吸收的影響:動物口服精胺酸干擾離胺酸、組胺酸和色胺酸在小腸的吸收,導致這些胺基酸在血漿中的濃度降低;而使用NCG不會影響這些胺基酸的吸收及其在血漿中的濃度,從而在一定程度上起到節約必需胺基酸的作用。

(5)貯存和易用性比較:天然有活性的L-精胺酸為白色粉末,但是極易吸潮,難於貯存。因此,生產中使用較多的是L-精胺酸鹽酸鹽,該產品氯含量在16.8%~17%,添加到動物飼糧中可能會增加氯離子,從而影響機體的電解質平衡。而NCG在常溫常壓下理化性質穩定,可長期貯存,添加到動物飼糧中不會干擾電解質平衡。

    (詳細內容請參閱2018年10月號現代養豬第89頁)