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在养殖业中,氮利用率及氮排放与养殖效益和环境问题密切相关。本研究旨在研究饲喂低蛋白饲粮以及添加支链氨基酸(BCAA)对育肥猪生长性能和尿素循环的影响。miRNAs作为重要的调控分子是否调节肝脏尿素合成鲜有报道。因此,本研究目的是评估低蛋白质饲料及添加BCAA对尿素循环及其相关miRNAs表达的影响。体内试验选取四十头大白色x长白猪x杜洛克猪,三元杂生长猪(57.4±0.2公斤体重)随机分成四组:分别饲喂14%粗蛋白、12.5%粗蛋白、11%粗蛋白和11%粗蛋白补充BCAA不同饲粮喂养35天。记录采食量、增重,试验结束时,每组5头猪采血液、尿、肝脏、十二指肠、空肠、回肠等样品,检测相关指标。体外试验在饥饿培养细胞模型中,1mM浓度的BCAA处理小肠上皮细胞培养12小时后,检测尿素氮生成和尿素循环酶的表达水平。体内实验结果显示,减少饲粮蛋白水平会降低猪的生长性能,补充BCAA到11%粗蛋白饲粮中育肥猪的生长性能与14%粗蛋白饲粮组相似。另外在低蛋白饲粮组以及补充BCAA组的育肥猪的血清和血浆中,尿素氮的浓度极显著降低(P<0.01)。在11%粗蛋白补充BCAA组中育肥猪肝脏尿素循环关键酶CPS1蛋白质表达水平呈现出下调趋势,低于14%粗蛋白(P>0.05),而相比于11%粗蛋白饲粮组,补充BCAA组的OTC蛋白表达水平极显著下调(P<0.01),这说明补充BCAA后,下调了CPS1和OTC的蛋白表达水平,影响了尿素循环合成尿素的过程。在基因表达方面,11%粗蛋白饲粮补充BCAA组的CPS1基因表达水平较14%粗蛋白饲粮组和11%粗蛋白饲粮组显著降低(P<0.05),但是OTC和Sirt5的基因表达水平在各个组均没有差异(P>0.05),这说明BCAA也可能影响了CPS1的基因表达。另外在11%粗蛋白饲粮组和11%粗蛋白补充BCAA实验组的育肥猪十二指肠尿素循环关键酶CPS1和OTC蛋白表达水平和基因表达水平均出现不同程度的差异变化,11%粗蛋白饲粮补充BCAA组CPS1蛋白表达水平较12.5%粗蛋白饲粮组与11%粗蛋白饲粮组CPS1蛋白表达水平显著上调(P<0.05),而且11%粗蛋白饲粮补充BCAA组OTC的蛋白表达量较其他组极显著上调(P<0.01),但是14%粗蛋白饲粮组与其他组及其组间的Sirt5蛋白表达水平均没有差异(P>0.05),而且十二指肠的CPS1、OTC和Sirt5的基因表达水平未出现显著变化,以上说明低蛋白水平可能影响十二指肠中CPS1蛋白表达水平,补充BCAA能够上调CPS1和OTC蛋白表达水平,这就说明BCAA能够影响尿素循环中CPS1和OTC的蛋白表达水平,进而影响尿素循环合成尿素的过程。此外,在肝脏中六个被预测参与尿素循环代谢的miRNAs在低蛋白饲粮组和补充BCAA低蛋白饲粮组中的表达水平与正常饲粮组相比都有显著差异,其中被预测靶向CPS1的miR-20a和miR-199b在11%CP饲粮组和11%粗蛋白饲粮补充BCAA组的表达水平持平但相比14%粗蛋白饲粮组均显著降低(P<0.01);被预测靶向OTC的miR-92a和miR-204的表达水平在补充BCAA后相比11%粗蛋白饲粮组极显著升高(P<0.01)且与14%粗蛋白饲粮组持平;被预测靶向Sirt5的miR-19a和miR-19b,miR-19a的表达水平在12.5%粗蛋白饲粮组、11%粗蛋白饲粮组和11%粗蛋白饲粮补充BCAA组持平均显著低于14%粗蛋白饲粮组,而miR-19b在在补充BCAA后相比11%粗蛋白饲粮组极显著升高(P<0.01)且与14%粗蛋白饲粮组持平(P>0.05),综合以上结果发现,在肝脏中BCAA并没有产生影响,而是低蛋白水平下调了miR-19a、miR-20a、miR-199b的表达水平,但是BCAA可以回补被低蛋白水平下调的miR-19b、miR-92a、miR-204的表达水平,这表明低蛋白水平和BCAA直接影响了以上6个miRNAs的表达。此外在十二指肠中miR-19a和miR-92a的表达水平均未出现显著差异,miR-19b在在14%粗蛋白饲粮组、11%粗蛋白饲粮组和11%粗蛋白饲粮补充BCAA组都没有显著差异,miR-20a的表达水平在12.5%粗蛋白饲粮组、11%粗蛋白饲粮组和11%粗蛋白饲粮补充BCAA组持平均显著低于14%粗蛋白饲粮组(P<0.05),结果表明低蛋白饲粮下调了miR-20a的表达水平。体外实验结果表明,1mM浓度的BCAA处理饥饿模型中的小肠上皮细胞12小时后,处理组细胞上清尿素氮浓度显著降低,而且CPS1表达水平也显著下调。综上结果表明,通过在低蛋白饲粮中补充BCAA,能提高育肥猪的生长性能和氮代谢效率,并减少了尿素合成量也影响了尿素循环关键酶的表达。我们的研究结果为进一步研究功能性氨基酸BCAA在动物营养中的生物功能提供了新的分子基础,同时我们还为研究miRNAs对尿素循环代谢的调控提供了实验的资料。