替抗思路 | 巧用「功能性氨基酸」，保障家禽腸道健康

畜牧人小李 · 發(fā)表于 2019-8-8 10:45:46

(Photo credit: Sean Chen)

Xixi寫在前面：大家好！今天的這篇文章來自我的好友溫金磊博士。金磊是中國農(nóng)大動物營養(yǎng)學(xué)碩士、美國Virginia Tech大學(xué)動物營養(yǎng)學(xué)博士，目前在Evonik負責北美地區(qū)家禽技術(shù)支持。在來美國之前，金磊也在Evonik中國工作多年，在氨基酸營養(yǎng)領(lǐng)域積累了中美兩地豐富的經(jīng)驗。

我們都知道，在無抗時代，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，反而有時會忽略了樸實的氨基酸同學(xué)。今天，就請金磊來與大家一起探討探討功能性氨基酸（尤其是蘇氨酸）在家禽營養(yǎng)中的特別角色。

過去幾十年，生產(chǎn)效率的不斷提高帶動了家禽行業(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，過去的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雞蛋。

效率提高的同時，整個的家禽產(chǎn)品市場環(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年全面禁抗的時間表，意味著從明年開始，養(yǎng)殖場不能再依賴抗生素來促進肉雞的生長，家禽的腸道也會受到各種病原的更嚴酷的挑戰(zhàn)。

在無抗養(yǎng)殖環(huán)境下，球蟲病和壞死性腸炎是危害最為嚴重的兩個疾病。據(jù)估計，每年因球蟲感染對家禽業(yè)造成的損失接近30億美元；壞死性腸炎給家禽行業(yè)帶來的損失更高達60億美元。

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

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

中度到重度的壞死性腸炎

氨基酸的功能

氨基酸在動物生產(chǎn)中的主要作用是蛋白沉積。在設(shè)計飼料配方時，各個氨基酸需要量的確定也主要依據(jù)家禽的生長性能或產(chǎn)蛋指標。但其實除了沉積蛋白，很多氨基酸還具有其他功能。比如對于腸道而言，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，所以它們對于抵御病原（不讓病原接觸腸細胞）可能會起到特殊的作用。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)的主要場所，還需要免疫系統(tǒng)的全力支持。而氨基酸對于免疫系統(tǒng)不可或缺，原因有三：

1. 免疫細胞的分化需要大量的氨基酸作為原料來合成新的細胞。

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

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源（比如多胺，谷胱甘肽等）。

限制蛋氨酸供應(yīng)對免疫、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越多。更重要的是能否將試驗結(jié)果和實際生產(chǎn)相聯(lián)系，將氨基酸功能性部分的需要量進行量化進而應(yīng)用到配方當中。

在美國家禽行業(yè)中，已經(jīng)有一些企業(yè)和獨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，隨著無籠養(yǎng)殖（cage-free）的流行（2019年3月已經(jīng)達到總養(yǎng)殖量的18.4%），因蛋雞接觸糞便而造成的腸道問題也成為挑戰(zhàn)，而在蛋雞日糧中適當增加蘇氨酸的添加量可以改善此類問題。在肉雞上，美國的無抗肉雞（No Antibiotics Ever， NAE）比例也越來越高（根據(jù)Agristats統(tǒng)計，2019年占比已達58%），而對于氨基酸營養(yǎng)的關(guān)注，則集中在腸道疾病或疫苗接種對于氨基酸的需求量變化等問題。
在當前禁抗大環(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，也不妨關(guān)注一下氨基酸的作用。和其他的營養(yǎng)素一樣，氨基酸本身不能完全解決所有的腸道健康問題。但是可以為整體的替抗方案提供一個可選擇的工具。尤其是在商品氨基酸品種越來越多，生產(chǎn)效率越來越高的情況下，氨基酸可能還具有在成本和使用便利性上的優(yōu)勢。

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)容主要是針對蘇氨酸對腸道和免疫方面的功能的一些介紹，同時通過比較一些與生產(chǎn)聯(lián)系緊密的試驗結(jié)果，來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。粘蛋白由杯狀細胞分泌，是腸道粘液的最主要成份。分泌出來的粘液可以阻斷病原和腸細胞接觸--- 因為粘液中的粘蛋白可以包圍住寄生蟲，阻止他們和腸細胞接觸并限制他們行動。當肉雞日糧中缺乏蘇氨酸時，腸粘液厚度便會降低。并且，如果日糧中添加了甘露寡糖，相比于可滿足需要的添加量，額外添加蘇氨酸（1.2倍NRC推薦量）會增加粘液的厚度。這說明增加蘇氨酸可以可以幫助腸道分泌更多的粘液來抵御外來的刺激。這些數(shù)據(jù)證實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。因為蘇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到大約30%。

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

蘇氨酸和絲氨酸也是抗體的重要成分。抗體是一個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，家禽對蘇氨酸的需要量會如何改變呢？

第一個例子來自Star et al., (2012) --- 在肉雞攻毒模型中（球蟲+產(chǎn)氣莢膜梭菌攻毒），提高「可消化蘇氨酸/賴氨酸比例」（<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為蘇氨酸的缺乏而是因為蘇氨酸對感染的緩解所致，作者又做了一個驗證試驗，證明了0.63已經(jīng)可以滿足非感染的肉雞蘇氨酸需求。雖然Ross 308的營養(yǎng)推薦的可消化蘇/賴也是0.67，但是一般種雞公司的營養(yǎng)推薦都會略微偏高。所以本試驗中當可消化蘇/賴比例從0.63增加到0.67時，對于產(chǎn)氣莢膜梭菌感染的緩解還是很有效的。在同一個試驗中，感染肉雞可消化蘇/賴0.67組的增重比0.63組增加了7%（9到37日齡），料比降低3個點。

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

另外一些相對簡單的比較試驗也驗證了額外添加蘇氨酸對腸道感染的效果。

例子#2: 在肉雞單獨被球蟲感染的情況下，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）可以改善病菌對于2到10日齡肉雞體增重的負面影響(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)。這和當時的NRC推薦量沒有太大區(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。這個試驗中，病毒的感染沒有增加蘇氨酸滿足生長的需求量。可能蘇氨酸對于病毒感染的緩解還不能完全體現(xiàn)在生長上。

例子#5: 當肉雞被飼養(yǎng)在重復(fù)利用的墊料上時，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)生長和酮體指標計算，總蘇氨酸的需求量平均增加0.04%（蘇/賴比例從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營養(yǎng)師）推測蘇氨酸含量的增加可能是因為重復(fù)墊料改變了腸道的菌群進而增加了腸道對蘇氨酸的需求。這個試驗也給了一個比較量化的結(jié)果，對于分析蘇氨酸的需要量有很大幫助。

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

但是，也不是所有的試驗都證明蘇氨酸對感染有效。有試驗報道，日糧蘇氨酸（0.6%，0.7%，0.8%）與球蟲感染沒有互作效應(yīng)(Kidd et al., 2003)。只不過，本試驗中三個添加量的生長性能是呈現(xiàn)直線上升趨勢，沒有達到生長平臺期，所以可能對于結(jié)果會有一定的干擾。而且也沒有辦法通過劑量效應(yīng)來比較處理組與對照組蘇氨酸需要量。

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

總結(jié)