替抗思路 | 巧用「功能性氨基酸」，保障家禽腸道健康

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(Photo credit: Sean Chen)

Xixi寫(xiě)在前面：大家好！今天的這篇文章來(lái)自我的好友溫金磊博士。金磊是中國(guó)農(nóng)大動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)碩士、美國(guó)Virginia Tech大學(xué)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)博士，目前在Evonik負(fù)責(zé)北美地區(qū)家禽技術(shù)支持。在來(lái)美國(guó)之前，金磊也在Evonik中國(guó)工作多年，在氨基酸營(yíng)養(yǎng)領(lǐng)域積累了中美兩地豐富的經(jīng)驗(yàn)。

我們都知道，在無(wú)抗時(shí)代，保障家禽的腸道健康是關(guān)鍵。而在眼花繚亂的替抗產(chǎn)品中，反而有時(shí)會(huì)忽略了樸實(shí)的氨基酸同學(xué)。今天，就請(qǐng)金磊來(lái)與大家一起探討探討功能性氨基酸（尤其是蘇氨酸）在家禽營(yíng)養(yǎng)中的特別角色。

過(guò)去幾十年，生產(chǎn)效率的不斷提高帶動(dòng)了家禽行業(yè)的發(fā)展。肉雞的料肉比從2.8（50年代）降到了現(xiàn)在的1.5甚至更低。蛋雞的產(chǎn)蛋性能也在不斷改善 --- 據(jù)統(tǒng)計(jì)，過(guò)去的25年中，被選育的蛋雞平均每年都要比前一年多下至少一個(gè)雞蛋。

效率提高的同時(shí)，整個(gè)的家禽產(chǎn)品市場(chǎng)環(huán)境也在發(fā)生改變。人們更加關(guān)注抗生素殘留給健康帶來(lái)的潛在危害。今年7月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公布了2020年全面禁抗的時(shí)間表，意味著從明年開(kāi)始，養(yǎng)殖場(chǎng)不能再依賴(lài)抗生素來(lái)促進(jìn)肉雞的生長(zhǎng)，家禽的腸道也會(huì)受到各種病原的更嚴(yán)酷的挑戰(zhàn)。

在無(wú)抗養(yǎng)殖環(huán)境下，球蟲(chóng)病和壞死性腸炎是危害最為嚴(yán)重的兩個(gè)疾病。據(jù)估計(jì)，每年因球蟲(chóng)感染對(duì)家禽業(yè)造成的損失接近30億美元；壞死性腸炎給家禽行業(yè)帶來(lái)的損失更高達(dá)60億美元。

不同種類(lèi)球蟲(chóng)在雞的腸道的感染部位（紅色為感染部位）(Conway and MacKenzie., 2007)

Eimeria acervulina球蟲(chóng)感染雞的十二指腸（感染程度1-4，4為最嚴(yán)重）(Conwayand MacKenzie., 2007)

中度到重度的壞死性腸炎

氨基酸的功能

氨基酸在動(dòng)物生產(chǎn)中的主要作用是蛋白沉積。在設(shè)計(jì)飼料配方時(shí)，各個(gè)氨基酸需要量的確定也主要依據(jù)家禽的生長(zhǎng)性能或產(chǎn)蛋指標(biāo)。但其實(shí)除了沉積蛋白，很多氨基酸還具有其他功能。比如對(duì)于腸道而言，某些氨基酸（例如蘇氨酸，絲氨酸等）在腸粘蛋白（mucin）中的比例非常高，所以它們對(duì)于抵御病原（不讓病原接觸腸細(xì)胞）可能會(huì)起到特殊的作用。這是腸道的屏障功能。

除了物理屏障，腸道作為接觸外源物質(zhì)的主要場(chǎng)所，還需要免疫系統(tǒng)的全力支持。而氨基酸對(duì)于免疫系統(tǒng)不可或缺，原因有三：

1. 免疫細(xì)胞的分化需要大量的氨基酸作為原料來(lái)合成新的細(xì)胞。

2. 免疫反應(yīng)過(guò)程中肝臟分泌的急性期蛋白(acute phase protein)、參與免疫細(xì)胞調(diào)控的細(xì)胞介素（cytokine）和免疫球蛋白（immunoglobulin）等也都需要氨基酸來(lái)合成。

3. 很多氨基酸也是參與免疫反應(yīng)的各種生物活性分子的前體和來(lái)源（比如多胺，谷胱甘肽等 ）。

限制蛋氨酸供應(yīng)對(duì)免疫、代謝以及氧化應(yīng)急的影響（Martinez et al., 2017）

功能性氨基酸的替抗思路

在家禽上，關(guān)于氨基酸功能的研究越來(lái)越多。更重要的是能否將試驗(yàn)結(jié)果和實(shí)際生產(chǎn)相聯(lián)系，將氨基酸功能性部分的需要量進(jìn)行量化進(jìn)而應(yīng)用到配方當(dāng)中。

在美國(guó)家禽行業(yè)中，已經(jīng)有一些企業(yè)和獨(dú)立配方師把氨基酸作為一種改善腸道健康的工具。在蛋雞上，隨著無(wú)籠養(yǎng)殖（cage-free）的流行（2019年3月已經(jīng)達(dá)到總養(yǎng)殖量的18.4%），因蛋雞接觸糞便而造成的腸道問(wèn)題也成為挑戰(zhàn)，而在蛋雞日糧中適當(dāng)增加蘇氨酸的添加量可以改善此類(lèi)問(wèn)題。在肉雞上，美國(guó)的無(wú)抗肉雞（No Antibiotics Ever， NAE）比例也越來(lái)越高（根據(jù)Agristats統(tǒng)計(jì)，2019年占比已達(dá)58%），而對(duì)于氨基酸營(yíng)養(yǎng)的關(guān)注，則集中在腸道疾病或疫苗接種對(duì)于氨基酸的需求量變化等問(wèn)題。
在當(dāng)前禁抗大環(huán)境之下，生產(chǎn)企業(yè)在努力尋找替代抗生素的有效方案時(shí)，也不妨關(guān)注一下氨基酸的作用。和其他的營(yíng)養(yǎng)素一樣，氨基酸本身不能完全解決所有的腸道健康問(wèn)題。但是可以為整體的替抗方案提供一個(gè)可選擇的工具。尤其是在商品氨基酸品種越來(lái)越多，生產(chǎn)效率越來(lái)越高的情況下，氨基酸可能還具有在成本和使用便利性上的優(yōu)勢(shì)。

蘇氨酸在腸道和免疫功能中的角色

在眾多氨基酸中，蘇氨酸的功能是受到關(guān)注最多，也是有相對(duì)比較充足的研究數(shù)據(jù)支撐的。下面的內(nèi)容主要是針對(duì)蘇氨酸對(duì)腸道和免疫方面的功能的一些介紹，同時(shí)通過(guò)比較一些與生產(chǎn)聯(lián)系緊密的試驗(yàn)結(jié)果，來(lái)探討蘇氨酸用于維持腸道功能部分的需要量。

蘇氨酸一般是家禽的第三限制性氨基酸。它是粘蛋白(mucin) 的重要組成部分。粘蛋白由杯狀細(xì)胞分泌，是腸道粘液的最主要成份。分泌出來(lái)的粘液可以阻斷病原和腸細(xì)胞接觸--- 因?yàn)檎骋褐械恼车鞍卓梢园鼑〖纳x(chóng)，阻止他們和腸細(xì)胞接觸并限制他們行動(dòng)。當(dāng)肉雞日糧中缺乏蘇氨酸時(shí)，腸粘液厚度便會(huì)降低。并且，如果日糧中添加了甘露寡糖，相比于可滿(mǎn)足需要的添加量，額外添加蘇氨酸（1.2倍NRC推薦量）會(huì)增加粘液的厚度。這說(shuō)明增加蘇氨酸可以可以幫助腸道分泌更多的粘液來(lái)抵御外來(lái)的刺激。這些數(shù)據(jù)證實(shí)了在家禽上蘇氨酸和腸粘液之間的緊密關(guān)系。

粘蛋白結(jié)構(gòu)圖（引自Sigma-Aldrich)

粘蛋白本身是一種糖蛋白。它的核心蛋白的氨基酸組成非常特殊 --- 在核心蛋白的氨基酸鏈中，含有豐富的脯氨酸-蘇氨酸-絲氨酸序列。因?yàn)樘K氨酸和絲氨酸在支鏈上有羥基，核心蛋白就是利用這些羥基才能與糖結(jié)合形成糖蛋白。這也可以解釋為什么粘蛋白中蘇氨酸和絲氨酸的高含量。蘇氨酸在某些粘蛋白所有氨基酸的比例能達(dá)到大約30%。

在被病原感染后，病原本身和免疫系統(tǒng)都會(huì)刺激杯狀細(xì)胞分泌粘蛋白。但是粘蛋白在腸腔內(nèi)并不能被動(dòng)物吸收再利用，這就需要機(jī)體不斷地供應(yīng)蘇氨酸給杯狀細(xì)胞來(lái)保證粘蛋白的合成。

蘇氨酸和絲氨酸也是抗體的重要成分?？贵w是一個(gè)Y型蛋白結(jié)構(gòu)。蘇氨酸和絲氨酸主要存在于抗體Y型結(jié)構(gòu)的分叉部分。蘇氨酸在奶抗體中的比例可達(dá)到10%。在家禽中，雖然抗體的結(jié)構(gòu)有所不同，但是在分叉結(jié)構(gòu)中同樣含有豐富的絲氨酸和蘇氨酸。

腸道屏障（引自Nature Reviews. Microbiology, 7(5), fig. 2., 2009)

蘇氨酸的功能性需要量

既然蘇氨酸在腸道和免疫功能中扮演如此重要的角色，那么，在不同的腸道健康環(huán)境下，家禽對(duì)蘇氨酸的需要量會(huì)如何改變呢？

第一個(gè)例子來(lái)自Star et al., (2012) --- 在肉雞攻毒模型中（球蟲(chóng)+產(chǎn)氣莢膜梭菌攻毒），提高「可消化蘇氨酸/賴(lài)氨酸比例」（<0.63 vs. 0.67-0.69），9到20日齡肉雞的體重顯著改善。為了證明體重的改善不是因?yàn)樘K氨酸的缺乏而是因?yàn)樘K氨酸對(duì)感染的緩解所致，作者又做了一個(gè)驗(yàn)證試驗(yàn)，證明了0.63已經(jīng)可以滿(mǎn)足非感染的肉雞蘇氨酸需求。雖然Ross 308的營(yíng)養(yǎng)推薦的可消化蘇/賴(lài)也是0.67，但是一般種雞公司的營(yíng)養(yǎng)推薦都會(huì)略微偏高。所以本試驗(yàn)中當(dāng)可消化蘇/賴(lài)比例從0.63增加到0.67時(shí)，對(duì)于產(chǎn)氣莢膜梭菌感染的緩解還是很有效的。在同一個(gè)試驗(yàn)中，感染肉雞可消化蘇/賴(lài)0.67組的增重比0.63組增加了7%（9到37日齡），料比降低3個(gè)點(diǎn)。

肉雞攻毒模型中提高「可消化蘇/賴(lài)比」可提高生產(chǎn)性能 (Star et al., 2012)

另外一些相對(duì)簡(jiǎn)單的比較試驗(yàn)也驗(yàn)證了額外添加蘇氨酸對(duì)腸道感染的效果。

例子#2: 在肉雞單獨(dú)被球蟲(chóng)感染的情況下，飼喂0.84%蘇氨酸的肉雞（1到16日齡）的增重和非感染的肉雞接近，而蘇氨酸缺乏的感染肉雞（0.49%蘇氨酸）增重要明顯低于非感染肉雞(Wils-Plotz et al., 2013)。

例子#3: 在沙門(mén)氏菌感染情況下，額外添加蘇氨酸（總蘇氨酸含量 0.956%；高于Ross 308推薦量）可以改善病菌對(duì)于2到10日齡肉雞體增重的負(fù)面影響(De Barros Moreira Filho et al., 2015)。

例子#4: 在肉雞受到新城疫病毒感染的情況下，肉雞（1到18日齡）的蘇氨酸需要量為0.7%(Bhargava et al., 1971)。這和當(dāng)時(shí)的NRC推薦量沒(méi)有太大區(qū)別，但是抗體水平卻隨著蘇氨酸的添加量而增加，一直到1.1%的蘇氨酸添加量。這個(gè)試驗(yàn)中，病毒的感染沒(méi)有增加蘇氨酸滿(mǎn)足生長(zhǎng)的需求量?？赡芴K氨酸對(duì)于病毒感染的緩解還不能完全體現(xiàn)在生長(zhǎng)上。

例子#5: 當(dāng)肉雞被飼養(yǎng)在重復(fù)利用的墊料上時(shí)，肉雞蘇氨酸需求量增加(Corzo et al., 2007)。相比于在新鮮墊料上的雞，根據(jù)生長(zhǎng)和酮體指標(biāo)計(jì)算，總蘇氨酸的需求量平均增加0.04%（蘇/賴(lài)比例從0.629增加到0.647-0.664，增加了0.18到0.35）。作者（Dr. Corzo，現(xiàn)為Aviagen營(yíng)養(yǎng)師）推測(cè)蘇氨酸含量的增加可能是因?yàn)橹貜?fù)墊料改變了腸道的菌群進(jìn)而增加了腸道對(duì)蘇氨酸的需求。這個(gè)試驗(yàn)也給了一個(gè)比較量化的結(jié)果，對(duì)于分析蘇氨酸的需要量有很大幫助。

重復(fù)墊料上肉雞對(duì)蘇氨酸的需求量增加 (Corzo et al., 2017; 配方中總賴(lài)氨酸1.16%)

但是，也不是所有的試驗(yàn)都證明蘇氨酸對(duì)感染有效。有試驗(yàn)報(bào)道，日糧蘇氨酸（0.6%，0.7%，0.8%）與球蟲(chóng)感染沒(méi)有互作效應(yīng)(Kidd et al., 2003)。只不過(guò)，本試驗(yàn)中三個(gè)添加量的生長(zhǎng)性能是呈現(xiàn)直線上升趨勢(shì)，沒(méi)有達(dá)到生長(zhǎng)平臺(tái)期，所以可能對(duì)于結(jié)果會(huì)有一定的干擾。而且也沒(méi)有辦法通過(guò)劑量效應(yīng)來(lái)比較處理組與對(duì)照組蘇氨酸需要量。

蘇氨酸對(duì)于腸道功能和免疫的影響已經(jīng)被廣泛的證實(shí)。但是對(duì)于不同情況下的需要量還很難有一個(gè)明確的量化。根據(jù)Dr. Corzo和Star的兩個(gè)試驗(yàn)的結(jié)果，增加蘇/賴(lài)比例0.02到0.04可能會(huì)對(duì)腸道和免疫功能有一定的幫助。

總結(jié)

替抗思路中別忘了功能性氨基酸這個(gè)工具。蘇氨酸在腸道屏障和免疫功能中扮演重要角色；現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不管雞有病沒(méi)病，提高蘇氨酸都有所幫助。但其功能性需要量還需進(jìn)一步量化。

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作者：溫金磊 | 編輯：Liting | 校正：Xixi | 來(lái)源：曦曦博士

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