周臘枚，周錫紅

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410128；2.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，動物營養(yǎng)生理與代謝過程湖南省重點實驗室，湖南長沙 410125）

生豬養(yǎng)殖業(yè)是畜牧業(yè)的重點產(chǎn)業(yè)之一，也是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展建設(shè)的重要組成部分。傳統(tǒng)營養(yǎng)理論認為，按照氨基酸組成和比例與體組成相吻合的理想氨基酸模式配制日糧，可以保障豬的健康生長，充分發(fā)揮豬的生長性能。關(guān)于氨基酸在生豬養(yǎng)殖中的大量研究主要集中在日糧中氨基酸的營養(yǎng)需要和各類必需氨基酸的配比。隨著對日糧氨基酸營養(yǎng)研究的進一步深入，許多條件性必需氨基酸（如酪氨酸、脯氨酸、絲氨酸、谷氨酰胺、瓜氨酸等）的缺乏也會嚴(yán)重影響機體的健康和生理功能。因此，深入探究條件性必需氨基酸的功能一直是豬氨基酸營養(yǎng)研究的熱點之一。

絲氨酸可以依靠體內(nèi)合成途徑滿足機體需要，因此在傳統(tǒng)營養(yǎng)學(xué)中被歸類為非必需氨基酸。但近年來研究發(fā)現(xiàn)，絲氨酸位于機體多個生物代謝過程的關(guān)鍵節(jié)點，在細胞增殖分化、氧化還原狀態(tài)、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和機體免疫功能等方面都發(fā)揮著不可或缺的作用，是維持動物機體健康和正常生理功能必不可少的一種氨基酸。本文主要綜述了絲氨酸的生理功能及其在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進展，以期為絲氨酸在生豬養(yǎng)殖中的廣泛應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 絲氨酸的主要來源及結(jié)構(gòu)

絲氨酸是一種含羥基的氨基酸，最初是通過硫酸水解蠶絲分離獲得，故命名為絲氨酸。目前，動物機體中絲氨酸主要有3個來源：①從頭生物合成途徑，主要經(jīng)過3個步驟，即由3-磷酸甘油酸脫氫酶、磷酸絲氨酸轉(zhuǎn)氨酶和磷酸絲氨酸磷酸酶催化糖酵解中間體3-磷酸甘油酸生成；②直接由甘氨酸轉(zhuǎn)化生成；③日糧中攝入的蛋白質(zhì)和磷脂的周轉(zhuǎn)。前2個途徑屬于內(nèi)源性合成，后者則屬于外源攝入，這3個來源途徑在動物體不同器官以及不同生長和發(fā)育階段發(fā)揮不同的優(yōu)勢作用。例如，動物肝臟中的絲氨酸主要是經(jīng)絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶催化甘氨酸轉(zhuǎn)化而來，而腎臟中的絲氨酸主要來源于從頭生物合成途徑。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的3種來源途徑中，從頭生物合成途徑是機體絲氨酸的主要來源。如果動物體這一途徑被阻斷，其他2個來源途徑通常不能滿足機體對絲氨酸的需求。

絲氨酸化學(xué)分子式為CHNO，相對分子質(zhì)量為105.09，熔點為240℃，有-絲氨酸和-絲氨酸2種類型，其結(jié)構(gòu)式如圖1所示。機體主要利用-絲氨酸合成蛋白質(zhì)，-絲氨酸則與神經(jīng)系統(tǒng)功能有關(guān)。目前，工業(yè)上生產(chǎn)絲氨酸的方法主要有水解提取法、化學(xué)合成法、前體發(fā)酵法以及生物酶法。純品絲氨酸外觀為白色結(jié)晶體或結(jié)晶粉末，有微甜的氣味，易溶于水和甲酸，不溶于有機溶劑。

圖1 絲氨酸結(jié)構(gòu)式

2 絲氨酸的生理功能

絲氨酸在傳統(tǒng)營養(yǎng)學(xué)中雖被歸類為非必需氨基酸，但它參與機體代謝網(wǎng)絡(luò)，對一系列代謝過程和機體功能的維持都至關(guān)重要。越來越多的研究證實，體內(nèi)的絲氨酸不僅可以作為蛋白質(zhì)合成的底物，還能夠通過自身及其代謝產(chǎn)物所具有的生物活性調(diào)節(jié)機體的生理功能。

2.1 絲氨酸促進細胞增殖分化 絲氨酸是一碳單元的供體，而一碳單元可以作為核苷酸的合成底物以維持機體細胞的高增殖率。若靶向破壞催化絲氨酸從頭合成的第1個關(guān)鍵酶3-磷酸甘油酸脫氫酶，會導(dǎo)致絲氨酸缺失，細胞的增殖速度減緩。Metcalf等研究發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)源生物合成途徑發(fā)生障礙的同時，去除培養(yǎng)基中的絲氨酸能夠明顯抑制HCT116細胞（一種人類結(jié)腸直腸癌細胞系）的增殖分化。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，癌細胞對外源性絲氨酸的消耗非常旺盛，在各類氨基酸中僅次于谷氨酰胺。Gao等研究結(jié)果顯示，與含絲氨酸的培養(yǎng)基相比，不含絲氨酸的培養(yǎng)基中的HCT116細胞增殖分化受到了抑制。這些研究表明絲氨酸對細胞增殖分化是非常重要的。

骨骼肌的形成是一個高強度代謝和動態(tài)的過程，包括單核成肌細胞的增殖、分化和融合，最終形成多核的肌管。Brearley等研究發(fā)現(xiàn)，隨著C2C12細胞向肌源性細胞分化的發(fā)生，參與絲氨酸從頭生物合成途徑的3個關(guān)鍵酶（3-磷酸甘油酸脫氫酶、磷酸絲氨酸轉(zhuǎn)氨酶和磷酸絲氨酸磷酸酶）的基因表達在分化第2天上調(diào)，且與肌細胞生成素的基因表達升高相一致。Sim等也發(fā)現(xiàn)，外源添加絲氨酸會增加C2C12細胞內(nèi)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）的含量以及與線粒體生成相關(guān)基因的表達，并激活沉默信息調(diào)節(jié)因子1（Silent Information Regulator 1，SIRT1，一種依賴NAD的去乙酰化酶，其功能與細胞代謝和線粒體生成有關(guān)），加快線粒體生成，使線粒體數(shù)量增多，從而保證骨骼肌細胞的增殖。這些結(jié)果表明，肌細胞在分化過程中對絲氨酸的需求增加，提示絲氨酸可能促進肌細胞分化。

2.2 絲氨酸提高抗氧化功能 絲氨酸作為維持氧化還原狀態(tài)的重要物質(zhì)谷胱甘肽的合成底物，可促進機體蛋氨酸循環(huán)和谷胱甘肽合成，發(fā)揮抗氧化作用。Wang等發(fā)現(xiàn)，在長期飼喂-半乳糖誘導(dǎo)的小鼠衰老模型中，日糧絲氨酸缺失可加劇小鼠的炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致小鼠的存活率降低。Zhou等在高脂日糧誘導(dǎo)小鼠的氧化應(yīng)激模型中，發(fā)現(xiàn)妊娠母鼠日糧添加1%絲氨酸可顯著提高谷胱甘肽水平和谷胱甘肽合成相關(guān)基因的表達，減輕高脂日糧誘導(dǎo)小鼠肝臟的炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)。He等以豬腸上皮細胞（IPEC-J2）為研究對象，發(fā)現(xiàn)正常情況下，培養(yǎng)基中絲氨酸的缺失對IPEC-J2細胞氧化還原狀態(tài)無顯著影響；但過氧化氫誘導(dǎo)細胞發(fā)生氧化應(yīng)激后，絲氨酸缺失會加劇細胞氧化應(yīng)激；而外源補充絲氨酸可促進谷胱甘肽合成和激活Nrf2信號通路，從而緩解氧化應(yīng)激。這些結(jié)果表明，在氧化應(yīng)激條件下，絲氨酸從頭生物合成途徑不能滿足機體對抗氧化應(yīng)激的需要。

2.3 絲氨酸改善免疫功能 絲氨酸可通過介導(dǎo)嘌呤核苷酸的從頭合成和一碳代謝來支持T細胞的增殖；活化的T細胞再上調(diào)參與絲氨酸從頭合成途徑以及一碳代謝通路的基因的表達，進而直接調(diào)節(jié)T細胞介導(dǎo)的適應(yīng)性免疫。在機體發(fā)生炎癥或感染的情況下，絲氨酸水平顯著降低。因此，機體需要依賴外源補充絲氨酸。Kitamoto等研究發(fā)現(xiàn)，小鼠感染巴氏桿菌會造成體內(nèi)絲氨酸水平和免疫功能下降，外源添加絲氨酸則可減少體內(nèi)巴氏桿菌的數(shù)量，緩解機體炎癥反應(yīng)和增強免疫功能，并顯著提高小鼠的存活率。Rodriguez等的研究結(jié)果也表明，絲氨酸從頭合成途徑的抑制會使巨噬細胞中白介素-1（IL-1）的表達降低，從而導(dǎo)致小鼠免疫力低下和存活率顯著下降。

2.4 絲氨酸促進神經(jīng)元生長-絲氨酸可作為膠質(zhì)細胞的強效營養(yǎng)因子促進膠質(zhì)細胞釋放-絲氨酸。-絲氨酸與N-甲基--天冬氨酸（NMDA）受體亞型結(jié)合實現(xiàn)調(diào)控突觸傳遞、神經(jīng)元興奮性等重要功能。研究發(fā)現(xiàn)，絲氨酸合成障礙（如3-磷酸甘油酸脫氫酶或磷酸絲氨酸轉(zhuǎn)氨酶無表達或表達下降）會引起嚴(yán)重的神經(jīng)癥狀，表現(xiàn)為先天性小頭畸形、癲癇和精神運動遲緩等。Savoca等和Yamamoto等研究表明，在神經(jīng)元培養(yǎng)基中添加絲氨酸可有效維持神經(jīng)元的活性，增加細胞的延伸和分支，且絲氨酸作用呈現(xiàn)出濃度依賴性。以上研究結(jié)果說明，絲氨酸可以促進神經(jīng)元的生長、分化，加強樹突伸長、分支和突觸形成，是大腦發(fā)育和功能維持的重要營養(yǎng)物質(zhì)。

3 絲氨酸在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

豬生產(chǎn)過程中的不同階段會遇到多種因素引起的應(yīng)激，機體發(fā)生應(yīng)激會破壞自由基代謝，導(dǎo)致機體產(chǎn)生嚴(yán)重的氧化應(yīng)激反應(yīng)，降低生產(chǎn)性能，減少經(jīng)濟效益。絲氨酸作為維持機體氧化還原狀態(tài)的重要物質(zhì)谷胱甘肽的合成底物，能夠緩解機體因氧化應(yīng)激所引起的炎癥反應(yīng)，并改善機體的抗氧化功能，從而在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的各個階段發(fā)揮功能作用。

3.1 絲氨酸在仔豬中的應(yīng)用 仔豬新陳代謝旺盛，生長速度非?？欤@個階段與養(yǎng)豬的生產(chǎn)效益有直接關(guān)聯(lián)。由于仔豬消化器官和消化系統(tǒng)發(fā)育不完全以及自身免疫功能尚未健全，仔豬斷奶應(yīng)激會對仔豬胃腸道產(chǎn)生極大的刺激和傷害，使仔豬的腸道屏障功能下降，導(dǎo)致消化不良、腹瀉和抑制生長。因此，仔豬斷奶引起的氧化應(yīng)激是影響仔豬生長發(fā)育的關(guān)鍵因素。有研究顯示，在氧化應(yīng)激條件下，仔豬血漿絲氨酸濃度明顯降低。Zhou等研究結(jié)果表明，在21日齡斷奶仔豬日糧中添加0.2%絲氨酸可顯著提高斷奶仔豬日增重，降低腹瀉發(fā)生率。此外，斷奶會使腸上皮細胞凋亡增加和再生失敗，導(dǎo)致絨毛萎縮和隱窩加深；使腸道緊密連接蛋白表達減少，導(dǎo)致腸道屏障功能發(fā)生障礙。而絲氨酸有利于維持仔豬腸道絨毛的完整性，促進腸道緊密連接蛋白的表達和抑制腸上皮細胞凋亡，且絲氨酸可能通過抑制炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)來緩解斷奶應(yīng)激。這些結(jié)果說明，飼糧中添加絲氨酸能有效緩解仔豬斷奶引起的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，并改善斷奶仔豬的腸道功能，表明絲氨酸可作為一種潛在的飼料添加劑應(yīng)用于斷奶仔豬。

除上述生物學(xué)功能外，絲氨酸還可與微量元素硒發(fā)揮協(xié)同作用改善豬的抗氧化性能。硒是機體的重要抗氧化物質(zhì)，且主要通過硒蛋白發(fā)揮作用。硒蛋白會抑制脂質(zhì)過氧化，并清除代謝產(chǎn)物自由基，增強機體抗氧化功能，抑制炎癥的發(fā)生，進一步保障機體膜結(jié)構(gòu)和功能的完整性。而硒蛋白合成過程中需要絲氨酸參與。Long等研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，日糧添加0.25%或0.50%絲氨酸可以顯著提高28日齡斷奶仔豬肌肉和肝臟中硒蛋白的表達和硒蛋白酶的活性。這一研究結(jié)果表明，絲氨酸可能提高硒向硒蛋白轉(zhuǎn)化的利用率，進而提高機體抗氧化能力。

3.2 絲氨酸在育肥豬中的應(yīng)用 在養(yǎng)豬生產(chǎn)過程中存在很多使機體發(fā)生氧化并影響豬肉品質(zhì)的因素，其中育肥階段日糧中營養(yǎng)物質(zhì)的組成及比例和屠宰前應(yīng)激是重要影響因素之一。研究表明，育肥階段機體過量的活性氧積聚會使細胞膜結(jié)構(gòu)和功能受到破壞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性、脂肪發(fā)生氧化，不僅會導(dǎo)致動物體質(zhì)量降低與死亡率增加，還會使肉的商品價值降低。

絲氨酸具有顯著的抗氧化作用，且絲氨酸和甘氨酸可直接互相轉(zhuǎn)化。而甘氨酸和半胱氨酸可以直接結(jié)合成谷胱甘肽，參與調(diào)節(jié)動物體氧化還原狀態(tài)。劉永輝等研究發(fā)現(xiàn)，在低蛋白日糧條件下，當(dāng)育肥階段日糧中絲氨酸和甘氨酸比例為1:2時，背最長肌中氧合肌紅蛋白含量顯著增加，且谷胱甘肽過氧化物酶基因表達量升高。此外，Zhou等研究發(fā)現(xiàn)，日糧中絲氨酸和甘氨酸比例為1:2時可促進脂肪在育肥豬背最長肌沉積并提高氧化型肌纖維的數(shù)量；絲氨酸和甘氨酸在該比例下通過調(diào)控脂肪酸氧化相關(guān)基因啟動子甲基化水平從而影響脂肪代謝，還可以通過激活A(yù)MPK和鈣調(diào)蛋白信號通路促進肌纖維轉(zhuǎn)化。這些結(jié)果表明低蛋白日糧條件下，絲氨酸可在不影響生長性能的前提下改善育肥豬的肉品質(zhì)。

肉色是豬肉品質(zhì)最直觀的外觀評價指標(biāo)。豬宰前應(yīng)激導(dǎo)致自由基及其氧化物的增加會破壞高鐵肌紅蛋白還原酶，導(dǎo)致豬肉中肌紅蛋白和氧合肌紅蛋白氧化，使血紅素亞鐵（Fe）生成正鐵肌紅蛋白（Fe），導(dǎo)致豬肉顏色變暗。劉永輝等研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比于正常蛋白質(zhì)飼糧（16%粗蛋白質(zhì)），降低4百分點的低蛋白質(zhì)飼糧會引起育肥豬肌肉中氧合肌紅蛋白含量降低，高鐵肌紅蛋白含量升高；當(dāng)?shù)偷鞍踪|(zhì)飼糧中絲氨酸和甘氨酸比例為1:2時，育肥豬背最長肌OxyMb（Fe）含量升高，MetMb（Fe）含量降低。這一研究結(jié)果表明，日糧中絲氨酸和甘氨酸在該比例下有利于緩解育肥豬屠宰后背最長肌的氧化應(yīng)激。

3.3 絲氨酸在母豬中的應(yīng)用 母豬的繁殖性能是決定豬場經(jīng)濟效益的關(guān)鍵因素之一，母豬妊娠期和泌乳期是母豬生產(chǎn)的關(guān)鍵時期。妊娠后期，胎兒生長速度加快，胎盤的代謝強度增加，加之此時需要將母豬轉(zhuǎn)至分娩舍，母體自身生理狀況與外部環(huán)境迅速變化，機體會產(chǎn)生大量的自由基，使其遭受嚴(yán)重的氧化應(yīng)激，導(dǎo)致母豬處于亞健康狀態(tài)和繁殖性能下降。

絲氨酸可促進機體蛋氨酸循環(huán)和谷胱甘肽合成，對于機體抗氧化防御系統(tǒng)具有重要作用。有研究發(fā)現(xiàn)，母體絲氨酸可以通過表觀遺傳機制來調(diào)節(jié)子代機體內(nèi)合成谷胱甘肽相關(guān)基因的表達量來緩解氧化應(yīng)激反應(yīng)，說明母體來源的絲氨酸傳遞對維持斷奶子代的抗氧化功能十分重要。He等研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)妊娠后期和哺乳期母豬飼糧中絲氨酸含量為基礎(chǔ)日糧的125%時，仔豬初生重以及21 d時的斷奶體重均顯著增加；進一步通過代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，絲氨酸主要通過參與嘌呤嘧啶合成、谷胱甘肽與?；撬岷铣梢约傲柞ズ颓手惔x來發(fā)揮促生長作用。此外，Zhou等研究發(fā)現(xiàn)，母豬飼糧中添加絲氨酸可顯著提高母豬和后代仔豬血清中硒蛋白P含量，且硒蛋白P含量與仔豬日增重呈正相關(guān)；這一結(jié)果提示絲氨酸可能通過改善仔豬硒營養(yǎng)狀態(tài)從而提高后代仔豬生長性能。另有研究報道，妊娠后期和哺乳期母豬飼糧中補充適量絲氨酸，即妊娠后期日糧絲氨酸水平為0.83%、哺乳期日糧絲氨酸水平為0.99%時，母豬血清中谷胱甘肽過氧化物酶活性顯著升高，且后代仔豬谷胱甘肽過氧化物酶4基因表達量也升高。這些結(jié)果提示絲氨酸可提高泌乳母豬的抗氧化能力，同時母體可通過胎盤或乳汁方式將抗氧化物質(zhì)等傳遞給仔豬來提高仔豬的抗氧化能力，以促進其健康生長。

4 小 結(jié)

長期以來，由于絲氨酸在營養(yǎng)學(xué)上一直被認為是一種非必需氨基酸，其在養(yǎng)豬生產(chǎn)中應(yīng)用未受關(guān)注。近年來，隨著絲氨酸在抗氧化應(yīng)激、提高免疫力和保護腸道健康等方面的研究不斷深入，開始將絲氨酸作為一種功能性氨基酸在豬上進行了探索性研究。但目前關(guān)于絲氨酸在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的研究還處于初步階段，還有很多問題亟待解決。例如，生豬養(yǎng)殖的各個階段（如哺乳仔豬、斷奶仔豬、生長豬和肥育豬）日糧絲氨酸的最適添加水平；日糧中絲氨酸、甘氨酸和半胱氨酸的最適比例；日糧中添加絲氨酸的有效性和耐受性等問題?；诮z氨酸諸多的生物學(xué)功能，隨著人們對絲氨酸營養(yǎng)作用和調(diào)控機制更加深入的研究和認識，絲氨酸作為一種潛在的飼料添加劑在養(yǎng)豬生產(chǎn)中將得到越來越廣泛的應(yīng)用。