酮酸及衍生物的生理功能及在動物生產中的應用

■李 杰 王曉翠

（東北農業大學動物科學技術學院，黑龍江哈爾濱150030）

代謝有機酸是動物機體物質代謝的中間產物，與體內三大營養物質的相互轉化有著密切的聯系，在機體能量和蛋白質代謝過程中發揮著重要的作用。代謝有機酸主要包括酮酸、短鏈有機酸和低級脂肪酸等。酮酸是一類在生物體內擁有重要作用的代謝有機酸，在能量和氨基酸新陳代謝方面發揮重要作用。目前，酮酸的研究主要集中在醫療和人的保健功能方面。研究發現，丙酮酸(Pyruvate，Pyr)具有增強心肌收縮力和肌肉運動持久力，以及降低脂肪的功能，丙酮酸鹽已經開發成為減肥藥品[1-2]。α-酮戊二酸（α-Ketoglutarate，AKG）能幫助手術后病人恢復骨骼肌谷氨酞胺水平和提高慢性腎病患者血漿精氨酸水平，AKG已經在老年病及術后恢復運動所需營養等方面推廣應用[3]。酮酸在醫學及醫藥方面的功能吸引人們嘗試進行其在動物生產中應用的研究，但研究報道較少。為此，本文對酮酸及其衍生物在醫學和動物生產中的研究和應用進展進行綜述，旨在為其在動物生產中的應用提供理論和科學依據。

1 可應用酮酸及衍生物的種類及生物學功能

1.1 可應用酮酸及衍生物的種類

酮酸分為α、β、γ-酮酸，其中α、β-酮酸是人和動物體內糖、脂肪和蛋白質代謝的中間產物。α-酮酸主要包括丙酮酸、α-酮戊二酸、草酰乙酸及氨基酸脫羧后的酮酸。它們在生物體內的主要作用是通過丙酮酸（Pyr）、α-酮戊二酸或草酰乙酸進入三羧酸循環，最后轉化為二氧化碳和水，為機體代謝提供能量[4]。脫羧后的酮酸還可以在酶的作用下還原成氨基酸。β-酮酸不穩定，乙酰乙酸是最簡單的β-酮酸，它是脂肪酸在肝臟中氧化生成的一種中間代謝產物[5]。

研究較多的酮酸衍生物主要包括肌酸（Cre?atine，Cr）、丙酮酸肌酸(Creatinepyruvate，CrPyr）、氨基乙酰丙酸(ALA）等。肌酸是一種氨基酸衍生物，其具有促進肌肉糖元儲備和肌纖維發育等生物學功能。CrPyr是人工合成的生理調節劑，其功能與肌酸類似。ALA與動物的血紅素合成和代謝有關。

1.2 可應用酮酸的生物學功能

丙酮酸是能量代謝過程中具有關鍵作用的中間產物，在三大營養物質的代謝聯系中起著重要的樞紐作用。同時，丙酮酸是有氧氧化中至關重要的中間產物，是心肌活動所需的能量，可改善心肌泵血能力，丙酮酸還具有降低動物體脂肪和血脂水平，提高骨骼肌的運動耐力及抗氧化等功能[6]。

AKG是三羧酸循環重要的中間產物，也是一些氨基酸經過脫氨基后形成的中間產物。AKG可通過三羧酸循環最終氧化分解為二氧化碳和水，同時釋放出能量。此外，AKG是生物體內谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸的合成前體。AKG有利于動物體內蛋白質合成，抑制蛋白質降解，可作為腸上皮細胞的一種選擇性代謝燃料，維持胃腸上皮細胞的完整性[3]。乙酰乙酸是脂肪酸在肝臟中氧化生成的一種物質。許多組織可以使用乙酰乙酸等酮體作為一種和葡萄糖一樣優先使用的能量來源[5]。

肌酸在骨骼肌能量代謝中發揮重要作用。一水肌酸是肌酸的一水化合物，是外源性補充肌酸的主要形式，是目前運動員提高肌肉力量的應用型營養增強劑。丙酮酸肌酸是人工合成的生理調節劑，能增強機體代謝功能。丙酮酸肌酸具有增強肌肉耐力、提高肌肉舒張速度，并促進機體脂肪的分解等功能。丙酮酸肌酸兼有肌酸的特性和丙酮酸的功能[7]。ALA是動物體內卟啉化合物的前體，參與血紅素和肌紅素的合成和代謝，能夠調節血紅細胞和肌紅細胞的數量，并參與細胞色素的合成，提高動物機體的免疫力和抗氧化能力[8]。

2 酮酸在動物體內的主要生理功能

2.1 利于動物體內蛋白質合成，抑制蛋白質降解

Piva等[9]研究了無氮日糧中AKG對大鼠氮損失的影響，AKG的添加量分別為0、3、6 g/kg，飼喂14 d后結果表明，添加AKG顯著降低尿氮損失，降低量為18%～22.2%。韓劍眾等[10]的試驗結果顯示，在豬飼料中添加一水肌酸(CMH)導致豬血清尿素氮降低，同時血清白蛋白和總蛋白含量升高，表明機體蛋白質分解減弱而合成相對加強。王曼等[11]的試驗結果顯示，1%丙酮酸肌酸可使肉雞肌肉和肝臟中胰島素樣生長因子-1（IGF-1）的mRNA轉錄水平和肌肉中生肌調節因子的mRNA表達水平均顯著提高，這表明肌肉中被激活的衛星細胞數目增多，肌肉的生長速度加快。

2.2 提高機體免疫功能

羅發洪等[12]在仔豬飼糧中分別添加0、1、2、3 mg/kg ALA，3個試驗組豬的紅細胞數量、血紅蛋白含量和白細胞數量均有所提高，豬的免疫功能得到改善。Chen等[13]研究結果顯示，在飼糧中添加10 mg/kg ALA提高仔豬血液中血紅蛋白和鐵含量及紅細胞和白細胞數量，并提高仔豬飼糧干物質和氮消化率。由此提高了仔豬的免疫力。

夏利寧[14]研究了中草藥和中草藥+AKG對斷奶大鼠腸道和系統免疫的影響，結果表明，中草藥+AKG可顯著提高小腸上皮淋巴集結面積，提高腸道IgA的含量，促進腸相關淋巴組織的生長發育。而AKG+中草藥對大鼠免疫力的提高程度大于單獨使用中草藥。

2.3 抗氧化作用

丙酮酸的一個重要作用是抗氧化、抑制自由基生成，并促進自由基清除。Cicalese等[15]研究了丙酮酸對移植小腸片段再灌注損傷的影響，發現灌注丙酮酸后的小腸片段可顯著抑制自由基的生成，并使小腸黏膜上的絨毛和腺體保持完整未受到損傷。Borle等[16]也同樣觀察到灌注丙酮酸可降低大鼠體內的自由基產生量，并降低對鼠肝細胞由于缺氧而造成的損傷。

ALA能夠提高超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)的活性，因而具有抗氧化功能。胡泉州[3]在仔豬日糧中添加0.5%和1.0%的AKG，其血漿中SOD活性有升高的趨勢，血漿丙二醛（MDA）含量具有降低的趨勢。說明AKG具有提高機體清除氧自由基的能力，從而改善仔豬機體抗氧化能力。

2.4 降低體內脂肪含量

朱惠蓮等[17]在肥胖大鼠飼料中添加300、600、1 500(mg/kg體重)的丙酮酸混合物，發現在飼養4周后，高、中劑量丙酮酸可顯著降低大鼠的腹后壁脂肪重量，并顯著降低血清低密度脂蛋白、膽固醇和甘油三酯（TG）含量。Stanko等[18-19]進行兩個試驗，觀察丙酮酸鹽和二羥丙酮混合物對大鼠和豬脂肪沉積的影響，結果顯示丙酮酸鹽混合物可顯著降低大鼠和豬的體脂肪含量，而對體蛋白質和肌肉含量沒有影響。研究認為，外源性丙酮酸是通過提高丙酮酸脫氫酶系活性，催化丙酮酸轉化為乙酰輔酶A，由此加快三羧酸循環，抑制脂肪的合成，從而起到降低體脂肪的作用[20]。

王曼等[11]將1%丙酮酸肌酸添加到AA肉雞飼料中，結果顯示，丙酮酸肌酸可顯著降低肉雞腹脂率，降低肝臟和血清中TG含量，使脂肪分解代謝加強，合成能力減弱。丙酮酸肌酸可提高肝臟組織中過氧化物酶體增殖物激活受體-α(PPARα)和肉堿棕櫚酰轉移酶-Ⅰ(CPT-Ⅰ)的mRNA表達，PPARα通過基因轉錄水平直接調控脂類代謝相關酶或蛋白抑制脂肪酸合成及促進TG的分解，而CPT-Ⅰ是脂肪酸β-氧化過程中的限速酶，其表達量升高意味著脂肪分解增加，這兩者一起最終導致體脂沉積減少。

3 酮酸對畜禽生長性能的影響

胡泉州[3]研究結果表明，AKG具有提高斷奶仔豬日增重、采食量和飼料轉化率的趨勢，當AKG添加水平達到一定量時，再提高添加水平并未進一步改善仔豬的生長性能。黃冠慶等[21]試驗結果顯示，在黃羽肉雞飲水中添加AKG[2 g/(只·d)]具有提高日增重的趨勢，并顯著提高飼料凈蛋白和能量利用率，顯著提高血清總蛋白含量，顯著降低血清尿素氮含量。周春寶等[22]在豬飼料中分別添加0%、0.5%、1%的丙酮酸鈣，試驗結果表明，1%丙酮酸鈣組平均膘厚比0%、0.5%丙酮酸鈣組降低34.8%和30.7%；1%組眼肌面積較0%、0.5%組分別增加22%、7%；1%組瘦肉率比對照組和0.5%組分別增加4%和2.07%。而添加丙酮酸鈣對花油率、板油率、屠宰率影響不顯著。

王曼[11]在1日齡AA雄性肉雞飼糧中添加1%的丙酮酸肌酸不影響肉仔雞生長速度和采食量，但增加胸肌率，顯著降低腹脂率。5%丙酮酸肌酸導致肉仔雞生長速度略有降低，10%的丙酮酸肌酸顯著降低肉仔雞的生長速度和采食量，并可顯著降低肉雞體脂肪和血脂水平。陳娟[23]在肉仔雞日糧中分別添加5%丙酮酸肌酸、2%丙酮酸和3%肌酸，3個試驗組肉雞的日增重和日采食量均顯著低于對照組，3組肉雞的腹脂率也均呈下降的趨勢。韓劍眾等[10]研究了一水肌酸（CMH）對肥育豬生長和肉質的影響以及適宜添加水平，結果表明，當CMH添加劑量在500～1 000 g/t之間時，肥育豬的增重有提高的趨勢，料重比下降，以500 g/t組最明顯，其增重提高6.7%，但差異不顯著；料重比則下降10%，眼肌面積提高9.04%，背最長肌率提高15.73%；當一水肌酸添加量高于2 000 g/t時，日增重有所降低。當酮酸添加量在0.5%～1.0%時，可顯著降低體脂肪和血脂水平，而對動物生長沒有影響[11]。以上試驗結果均表明，高濃度酮酸可降低動物生長速度，并降低體脂肪含量。不同的酮酸物質在畜禽飼料中適宜的添加量有待進一步的研究確定。

4 酮酸在畜禽生產中應用存在的問題及應用前景

代謝有機酸是動物機體代謝過程的中間產物，利用某種代謝產物來促進動物的生長及代謝是一種新的概念?，F在育種科學和生物技術的發展大大提高了畜禽的生長速度，使得動物機體內的代謝相應加快，所需要的可快速轉化的能量和物質就增多。代謝有機酸，尤其是酮酸可以直接氧化放能和合成氨基酸，這可能就是這些代謝有機酸對動物的生長和機體物質代謝有促進作用的原因。但由于這方面的研究剛剛起步，尚有大量的問題亟待解決。

首先，目前研究的代謝酮酸主要是應用在人的醫療保健方面，價格較貴。二是目前所研究酮酸及其衍生物在飼料中的添加量差異較大，酮酸的添加量因種類不同而不同。以促進動物生長為目的，酮酸的添加劑量在1 000 g/t左右，添加量超過2 000 g/t以上時不利于動物生長[23]。高劑量酮酸可降低動物脂肪的沉積，但對動物生長有抑制作用，同時增加了飼料成本。因此，各種酮酸適宜添加量有待于進一步研究確定。三是酮酸品種較少，而且研究和開發的代謝酮酸都是人醫療和保健中所應用的物質。

研究證明，包括酮酸在內的代謝有機酸對畜禽具有一定的促生長和保健功能，其應用前景較為可觀，但需要做的研發工作也較多。首先尋找價格低廉、且無毒無害的代謝有機酸；二是研究在不同畜禽種類飼料中的各種代謝有機酸適宜的添加量；三是研究這些代謝有機酸對不同種類畜禽的生長、采食量、各種生理生化指標、物質代謝的影響以及促生長和調節代謝的機理。