胍基乙酸（guanidine acetic acid，GAA）别名胍乙酸、N-咪基甘氨酸（N-Amidino glycine），属于天然的氨基酸及其类似物，是脊椎动物体内肌酸（creatine，Cr）及其衍生物磷酸肌酸的直接前体物质[1]。工业合成的GAA呈白色或微黄色，外观为结晶性粉末或片状结晶，熔点为 280~284 ℃（分解）；可溶于水，极微溶于乙醇和乙醚；结构稳定，室温条件下可稳定保存2年[2]。研究发现，动物体可内源性合成机体所需Cr的60%，近1%随尿液排出体外。因此，为满足生长需求，机体必须持续补充Cr[3]。在畜禽饲料中外源补充肌酸能够提高动物生长性能，促进肌肉发育，增加体内能量储备[4]。但外源补充的Cr稳定性较差，利用率较低，动物生产中多采用补充GAA的方式代替Cr。研究表明，GAA在增强组织Cr储备方面比Cr更有效[5]。GAA作为一种绿色新型的营养补充剂，在食品补充剂和饲料添加剂应用较多，在心血管代谢疾病发病机制方面也发挥一定作用[6-7]，广泛应用于人类保健及动物生产环节。本文综述GAA合成代谢途径及其在动物生产中的作用效果，以期为GAA的进一步研究提供参考。1胍基乙酸合成代谢途径GAA是Cr代谢的直接前体物质。胍基乙酸合成代谢途径见图1[8]。GAA是由甘氨酸和精氨酸从头合成，精氨酸的脒基通过甘氨酸脒基转移酶（AGAT）催化转移至甘氨酸，是Cr生物合成的主要调节位点和限速步骤，主要发生在肾脏[9]。研究发现，人类肾脏中合成GAA的量占总量的20%，大鼠肾脏中可合成足量的GAA以补充尿液中流失的肌酐[10]。Sorenson等[11]和Van等[12]在大鼠胰腺腺泡中发现显著的AGAT活性且有GAA生成，表明肾脏在GAA合成过程中起到重要作用，但可能也需要胰腺、肝脏和肌肉等组织的参与。也有研究表明，鱼类Cr主要合成部位可能是肌肉组织，故在不同物种之间Cr代谢可能存在差异[13]。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.05.028.F001图1胍基乙酸合成代谢途径注：精氨酸（L-Arg），甘氨酸（Gly），鸟氨酸（L-orn），γ-氨基丁酸（γ-GABA），肌酸激酶（CK），磷酸肌酸（P-Cr），肌酸酐（Creatinine）。GAA经血液运输至肝脏，开始生物转化的第二步：胍基乙酸甲基转移酶（GAMT）作为介导酶，以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体，甲基化形成Cr和S-腺苷高半胱氨酸（SAH），该过程主要发生于肝脏[14]。研究发现，GAA合成代谢途径中，Cr可通过反馈调节机制影响AGAT的表达，但GAMT的表达不受Cr的反馈调节，因此，合成顺序必须是先合成GAA，其次是Cr[15-16]。SAH作为GAA的另一种终末产物，通过腺嘌呤核苷同型半胱氨酸水解酶水解形成腺嘌呤核苷和同型半胱氨酸（HCY），可通过甲硫氨酸合酶、甲硫氨酸腺苷转移酶重新合成甲硫氨酸；还可由胱硫醚β-合酶、脱硫醚Y-裂解酶作用下分解代谢，最终不可逆生成半胱氨酸和琥珀酰辅酶A，参与体内三羧酸循环途径[17]。琥珀酰辅酶A是三羧酸循环过程中的重要中间产物，可通过底物水平磷酸化，高能硫酯键在琥珀酸硫激酶作用下水解，能量转移给GDP生成GTP和琥珀酸。机体可直接利用生成的GTP，也可将高能磷酸基团转移给ADP生成ATP，向机体供能[18]。GAA是人和动物体内Cr生物合成的直接底物，Cr是细胞内能量代谢的重要物质，也是能量储存的临时场所。Cr可直接从日粮（动物源性饲料成分，如鱼粉和肉骨粉）中获得，还可通过体内自身生物合成获得；合成过程涉及3种氨基酸：精氨酸、甘氨酸、甲硫氨酸，故Cr也被称作非营养性化合物[3,19]。与GAA相比，Cr更稳定、更便宜，是动物饲料中适宜的添加剂[20]。2胍基乙酸在动物生产中的应用GAA以200~800 mg/kg的剂量添加于饲料中，被认为是一种有效且安全的动物饲料添加剂，能够改善动物生产性能。研究表明，日粮中外源添加一定剂量的GAA可提高动物生长性能、屠宰性能，增加肉鸡胸肌产量和滩羊净肉率，改善肉鸡肉品质，对机体能量代谢具有一定的促进作用[9,21-23]。2.1胍基乙酸在家禽生产中的应用研究发现，在饮食中连续补充肌酸5 d，素食和非素食年轻女性血浆和红细胞内Cr水平显著上升[24]。动物日粮中降低动物蛋白源比例或者不添加动物蛋白源时可导致动物体内Cr缺乏。因此，补充Cr或其前体物质GAA可及时补充动物组织中的Cr含量。GAA作为Cr的天然前体物质，通过甲基转移合成；日粮中添加GAA与日粮添加Cr会以相同的方式节省饲料中L-精氨酸。精氨酸是肉鸡的第4限制性氨基酸，但因家禽体内缺乏氨甲酰磷酸合成酶而无法合成精氨酸，导致肉鸡日粮中需要外源添加精氨酸[25]。日粮中添加一定水平的GAA可节约肉鸡体内精氨酸合成，促进肌肉中Cr的生成，提高饲料利用率，加快家禽生长，原因是在肉鸡生长能量管理中，Cr和磷酸肌酸循环中ATP的利用至关重要[26]。樱桃谷肉鸭基础日粮中添加0.05% GAA可显著提高胸肌中Cr含量以及血清Cr水平[27]。Tossenberger等[28]研究发现，随着日粮中补充GAA的水平增加，肉鸡胸肌和肝脏组织中Cr的浓度显著升高，说明日粮中的GAA以Cr的形式转化和保留。因此，日粮中外源添加GAA可能是机体Cr的潜在来源。肉仔鸡日粮中添加GAA能够有效促进肉仔鸡ADG，改善饲料转化率[29]。因此，日粮中外源添加GAA可有效节约家禽体内精氨酸和甘氨酸，进而更多地参与机体氨基酸和蛋白质合成，提高家禽生长性能和营养物质利用效率。肉鸡玉米-豆粕基础日粮（不含家禽副产物）中添加0.06% GAA，结果发现，GAA能够显著降低胸肌木质化程度[30]。Oviedo等[31]和Khalil等[32]研究发现，补充GAA可最大限度地降低木胸的发生率和严重程度，能够显著提高胸肌产量。胸肌木质化程度与Cr、糖原呈正相关，肌肉和肌酸激酶中的Cr水平以及血液中的乳酸脱氢酶与白细胞密切相关，表明Cr代谢在肌病中的重要性。Hathout等[33]研究表明，Cr和肌酸激酶以及血液中谷丙转氨酶和乳酸脱氢酶的浓度被广泛用于筛选胸肌病的生物标志。因此，GAA可能通过改善能量稳态、提高肉鸡肌肉中Cr的生理水平支持肌肉发育、功能和再生。GAA能够影响种禽的繁殖能力。Murakami等[34]研究发现，基础日粮中添加GAA能够显著提高鹌鹑种蛋率和种禽体内Cr含量。增加的Cr可通过种蛋传至胚胎进而提高孵化率，肉种鸡基础日粮中添加1.2 g/kg GAA可使受精率提高约22%，添加精氨酸使受精率提高约11%[35]。可能是因为补充GAA可增加子宫液内磷酸肌酸含量，满足精子代谢能量需要，提高精氨酸的可利用性，进而提高肉种鸡繁殖能力，但具体的作用机理还需进一步研究证实。2.2胍基乙酸在猪生产中的应用猪日粮中添加0.12%的GAA可显著提高猪的平均日采食量（ADG）、饲料转化率和瘦肉率[36]，原因可能是日粮中添加GAA后，GAMT作为介导酶能够提供更多的甲基供体，使GAA甲基化产生大量Cr，增加了肌肉细胞成肌相关基因的mRNA表达和蛋白质合成，抑制脂肪细胞的分化，提高瘦肉率。祁永旺等[37]以生长育肥猪基础日粮中添加500、1 000 mg/kg的GAA为试验组，结果显示，与对照组相比，试验组育肥猪的平均日增重、料重比、胴体性状得到改善，说明添加的GAA作为Cr的前体物质可能会促进肌肉能量代谢，提高能量代谢，减少养分消耗供能，利于动物机体生长发育。赵金标等[38]研究发现，高蛋白（18.60%）日粮中添加GAA能够显著提高尿氮的排出量和脂肪沉积，显著降低氮利用率；低蛋白（15.20%）日粮中添加GAA能够显著提高日粮的蛋白质沉积，显著降低尿氮的排出量以及脂肪的沉积；表明GAA对生长猪尿氮排出量的作用受日粮蛋白质水平影响，主要是因为低蛋白日粮中补充GAA可降低体内内源性GAA合成，减少精氨酸和甘氨酸的分解，高蛋白水平条件下GAA经肝脏代谢合成Cr，促进蛋白质合成并转换成脂肪储存。因此，外源补充GAA有利于维持日粮氨基酸平衡，提高养猪生产的高效性。Zhang等[39]在育肥猪日粮中添加800~2 000 mg/kg的GAA，结果发现，育肥猪背最长肌滴水损失、剪切力以及肌肉黄度值（b*）均呈降低趋势，但不影响生长性能。Zhu等[40]研究发现，生长育肥猪基础日粮中添加450 mg/kg的GAA能够降低背最长肌滴水损失、剪切力和肌肉b*，显著提高背最长肌肌肉重量和肌纤维密度，显著增加背最长肌MyHC-I基因mRNA表达量，显著降低下颌脂肪指数，但对背脂肪和其他部位脂肪含量无明显影响。Liu等[41]研究发现，日粮中添加0.1%的GAA可改善育肥猪肌肉嫩度。综上所述，添加GAA可能通过改变肌肉形态特征和肌肉纤维特征，提高育肥母猪肌肉的剪切力、肉色和嫩度，进而改善胴体特性和肉质。张泰等[14]研究胍基乙酸中药制剂对育肥猪血清生化指标及免疫、抗氧化能力的影响，结果发现，试验组育肥猪血清和肝脏组织的总抗氧化能力（T-AOC）、过氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）的活性显著提高，丙二醛（MDA）含量显著降低。育肥猪基础日粮中外源补充500、1 000、1 500 mg/kg GAA，能够极显著提高血清中白蛋白水平，但对其他血液指标无显著影响[42]。因此，育肥猪日粮中添加不同浓度GAA及其中药制剂能增强机体免疫力，提高血清、组织抗氧化能力。2.3胍基乙酸在反刍动物生产中的应用机体必须持续补充Cr才能够维持平衡[3]。但研究发现，植物饲料中不含有Cr，反刍动物采食植物性饲料容易造成Cr乏，同时外源性补充的Cr稳定性较弱，不利于吸收[5,43]。GAA作为Cr的前体物质，日粮中添加GAA能够补充Cr。张建新等[44]研究饲粮中添加GAA对羔羊生长性能、屠宰性能和肉品质的影响，结果发现，900 mg/kg组羔羊的ADG、胴体重、净肉重均显著高于对照组和其他试验组，料重比显著降低。山羊精料中按每吨全价添加1 000 g“健美达”（以GAA为主的白粉状物），结果发现，添加GAA可显著提高山羊ADG，显著提高血清谷草转氨酶活性[45]。Qu等[46]在晋江公牛日粮中分别按0、0.05%、0.10%、0.20%、0.40%比例添加GAA，结果发现，0.20%组公牛ADG比对照组提高0.44%，并且日粮中补充0.20% GAA有增加肌肉b*和红度值（a*）以及背最长肌中肌酸激酶、肌酐含量的趋势，改善肉质。因此，日粮中外源添加GAA可促进动物生长，改善胴体性状，提高瘦肉率。Ardalan等[47]给荷斯坦小牛饲喂GAA日粮（0、10、20、30、40 g/d），结果发现，补充GAA可显著提高荷斯坦小牛血浆Cr浓度，同时血液精氨酸浓度也呈升高趋势，可能是因为额外补充GAA会减少体内GAA合成所需的精氨酸消耗。王小利等[48]在肉牛基础日粮中分别添加400和800 mg/kg GAA，结果发现，GAA可显著提高血浆T-AOC、GSH-Px活性，极显著提高过氧化氢酶（CAT）活性，提高体内氧化物质的利用效率，降低自由基氧化对动物机体的损害；降低血液中肌酸转运蛋白、腺苷酸活化蛋白激酶和γ－氨基丁酸转运蛋白2的mRNA相对表达量，从而降低糖类分解代谢，提高抗氧化能力，提高肉牛生长性能。2.4胍基乙酸在水产动物生产中的应用鲤基础饵料中添加250 mg/kg GAA可显著提高鲤增重率，饵料系数显著降低[22]。Zeng等[49]研究GAA对牛蛙生长性能、抗氧化性及血液生化指标的影响，结果表明，试验组有提高牛蛙生长性能的趋势，且0.4 g/kg添加量较为显著，0.6、0.8 g/kg组牛蛙血清的总抗氧化能力显著高于其他组，添加0.4 g/kg的GAA可改善对照组牛蛙肌肉中肌酸激酶活性。建鲤饵料中分别添加250、500、1 000 mg/kg GAA，结果表明，低剂量组和高剂量组可显著降低建鲤的饵料系数，但对增重和采食量的影响不显著[50]。因此，外源补充的GAA可作为潜在的Cr来源减少蛋白质和脂肪的分解供能，产生能量积累，改善水产动物的生长性能。3结论GAA作为合成Cr的唯一前体物质，具有促进动物能量代谢、提高饲料利用率、改善生长性能以及酮体品质等作用，能够提高养殖的经济效益。GAA稳定性较好、容易合成、易被机体吸收，是动物饲料的绿色添加剂，但在我国养殖行业应用中仍处于探索阶段。目前，相关研究多集中于生产性能、胴体品质、饲料转化率等部分，关于不同种属动物的适宜添加阶段、最佳添加剂量、作用机制等相关文献报道较少。因此，深入GAA在动物生产中的应用研究，阐明GAA在动物机体中的代谢机理，明确GAA的添加阶段和添加剂量在动物生产中尤为重要。未来研究中，在探讨GAA在动物营养中作用的同时，应考虑饲养标准中一部分精氨酸和甘氨酸可合成GAA，确定精氨酸和甘氨酸的添加量。