调控动物采食量的内源因子

调控动物采食量的内源因子采食是畜禽获取营养素的前提，更是其生长发育和进行生产的基础。在实际生产中，采食量往往是畜禽营养需要的第一制约因素。目前研究调控猪食欲主要有三个控制靶点：刺激口腔化学感受器、抑制胃肠道的饱感信号、刺激下丘脑食欲中枢。如我们传统的香味剂和甜味剂，主要通过刺激畜禽鼻腔、口腔的化学感受器来达到诱食的目的，而对于抑制胃肠道的饱感信号、刺激下丘脑食欲中枢等都还处于理论研究当中。目前研究发现，动物体内存在的食欲调控因子主要有食欲促进因子如神经肽Y（NPY）、生长素（Ghrelin）、食欲肽（Orexin）、阿片肽（Opioid）、内源性大麻素（Endocannabinoid）、黑色素聚集激素（melanin-concentratinghormone，MCH）、γ-氨基丁酸(GABA)和食欲抑制因子如瘦素（Leptin）、黑素皮质素受体（MCR）、胆囊收缩素（CCK）等，本文综述了NPY、Leputin、Ghrelin、Orexin、MCR、CCK和GABA等在动物采食调控上的作用机理、调控因子之间的相互作用和一些调控因子在动物生产中的应用效果。1神经肽Y（NPY）1.1神经肽Y的结构和分布NPY自1982年由Tatermato首次从猪下丘脑中分离得到以后，人们对它的生物学功能进行了广泛的研究，发现NPY具有促进动物采食，影响激素分泌，调节体温、生物节律、性行为及情绪等作用。Franciszek（1999）研究表明NPY是由36个氨基酸组成的活性单链多肽，该肽链折叠成发夹结构，Y是指分子两端的酪氨酸残基，它的结构与36个氨基酸的胰多肽（Ancreaticpolypeptide，pp）和肽YY（PeptideYY，PYY）极其相似，故认为同属胰多肽家族。NPY有两个相互逆平行的螺旋区，一个富含脯氨酸的螺旋和一个α-螺旋，两个螺旋区都有两性电离的特定的3级结构，当某种因素造成这种分子的3级结构发生改变时，NPY的生物活性便消失。1.2神经肽Y对采食量的调控NPY在中枢和外周神经系统都有广泛地表达，具有多种功能，尤其是促进摄食的功能引起了人们的广泛关注。Marsh等（1998）研究表明，NPY在中枢神经系统水平上调节动物采食，且特异性刺激动物对碳水化合物的采食。在鼠、鸡、羊、猪中已证实了动物中枢注射NPY可提高采食量，将NPY注射到大鼠与绵羊大脑脑室和室旁核内，其采食量、饮水量均大大提高。NPY的促摄食作用在鸡上类似于哺乳动物，给肉鸡大脑注射NPY后，肉鸡的采食量增加，同时胰岛素分泌亦增加。给鼠下丘脑室旁核注射NPY发现，动物采食量的增加与NPY剂量在一定范围内呈线性关系，且NPY注射后4h内促采食效果明显，其后减弱。研究结果表明无论动物在饱腹或饥饿状态下，NPY注射到脑室均可刺激动物采食。Sahu等（1992）测出在鼠禁食期间，下丘脑NPY浓度增加3倍，且室旁核内NPY量在采食前大量增加，采食后下降。动物的食欲能够被NPY的反义核苷酸或NPY的抗体所抑制，上述试验结果说明，NPY是一种很强的促摄食因子。研究发现，在肥胖大鼠下丘脑的弓状核（ARC）中，NPY的mRNA的同时释放量比正常鼠要多，正常动物在采食前和采食后其ARC中的NPYmRNA变化比较大，由此说明与摄食调节相关的NPY大多产生于ARC中。NPY的促摄食作用最初被认为与去甲肾上腺素（Norepinephrine，NE）相关联，后来又经大量的试验结果证明，NPY可能是通过激活副交感神经，抑制交感神经来完成在外周的作用。NPY促摄食作用过程为：室旁核中的NPY与Y1或Y5受体结合引发传出信号，抑制交感神经，兴奋副交感神经，增加食欲和采食量，促进消化，加强同化作用。在分子水平上，棕色脂肪中的解偶联蛋白水平下降，白色脂肪组织中的生脂作用增强，增加体脂含量。在这个过程中，NPY也间接地促进胰岛素的分泌，从而增加肝糖原、甘油三酯的合成，增加葡萄糖和脂肪酸在脂肪中的沉积。此外，还伴有体温下降，脉搏和血压降低等症状。整个过程都有利于恢复能量在体内的贮存，对于恢复能量平衡和生存都具有重要的意义。1.3胰岛素对神经肽Y的影响一般情况下血液循环中胰岛素的平均水平和体内脂肪含量成正比，所以长期以来，认为胰岛素是机体能量贮存的信号。胰腺的内分泌及外分泌组织中均有NPY阳性的神经纤维分布，胰腺的内分泌细胞中也具有NPY的阳性细胞和NPY的mRNA表达。这就说明，NPY既可通过神经内分泌细胞，也可通过旁分泌和自分泌来调节胰岛素的分泌。血液中的胰岛素可通过血脑屏障上允许大分子通过的部位，如正中隆起和ARC而发挥作用。研究表明，ARC中的神经元可以表达高水平的胰岛素受体，有可能是胰岛素通过进入下丘脑基底中部与其受体结合而抑制NPY神经元的兴奋性，从而对采食量进行调节。脑室内灌注NPY可增加胰岛素的分泌。Sipols等（1992）在大鼠下丘脑或第三脑室内注射胰岛素后，NPYmRNA的水平下降，采食降低，棕色脂肪组织产热增加，体质量下降。说明胰岛素可抑制NPY神经元的活动。研究表明：将胰岛素注入第二脑室会抑制NPY的mRNA的表达，从而抑制摄食、刺激棕色脂肪产热并引起体重减少。另外，Segal等（1996）研究表明：在人体和动物模型都己证实胰岛素是激活Leptin基因表达的重要因素之一。所以胰岛素可能通过其直接和间接作用来抑制NPY的产生及其作用。2瘦素（leptin）2.1瘦素的结构与功能瘦素（leptin）是肥胖相关基因（ob）编码分泌性蛋白质，由166或167个氨基酸组成，分子量为14～16KD，它进入血液循环后，N末端的21个氨基酸的信号肽被去除，形成含146个氨基酸的成熟瘦素，在血液中游离或与瘦素结合蛋白结合，到达中枢和外周与多种受体结合而发挥生物学效应。瘦素主要由白色脂肪组织产生、分泌，棕色脂肪、骨骼肌、骨膜、胎盘、胎儿的心脏、骨、软骨等组织也可产生。因而瘦素除了刺激下丘脑饱食中枢调控动物的摄食行为和脂肪代谢外，还能通过神经—体液机制间接或直接作用于机体内多数器官和组织。瘦素是体内能量代谢的信号，它的发现为揭示肥胖的发生机理产生了重要的意义。2.2瘦素对采食量的调控瘦素具有降低动物食欲、提高能量代谢率、增加能耗、减少脂储、减轻体重等作用。瘦素是通过与其受体的结合来调节体脂平衡和能量代谢。瘦素与受体结合后作用于下丘脑饱食中枢，抑制弓状核神经元合成与神经肽的释放，降低食欲。Haalas等（1995）给ob/ob小鼠注射基因重组瘦素，其体重显著下降。每天给小鼠腹腔注射瘦素，4d后ob/ob小鼠的采食量比对照组下降60%，4周后体重下降达40%。同时，小鼠的活动量增加、代谢加强、血浆胰岛素和血糖水平降低。Ehrhardt等（2000）报道，荷斯坦奶牛血清中瘦素浓度与胴体中脂肪含量成较强的线型关系。瘦素可通过下丘脑调节采食量，也可直接作用于脂肪组织而增强脂肪代谢，消耗脂肪。Wang等（1999）证明，当血中瘦素浓度在正常水平时，瘦素主要通过对下丘脑的作用来抑制摄食，对脂肪代谢无直接作用。但若血中瘦素浓度高于正常水平，瘦素就可直接和通过下丘脑作用于脂肪组织，一方面减少采食量，另一方面通过增强脂肪分解代谢来消耗体脂。人类和啮齿类动物在维持状态下的体脂量可以通过瘦素的表达量和分泌量来反映。当给瘦鼠断料12～48h后，会导致其瘦素基因表达量显著下降。Kolaczynski等（1996）研究表明，当胖人的体重下降10%时，会引起血清中瘦素的含量下降53%；体重增加10%会引起血清瘦素含量升高300%。2.3瘦素与神经肽Y的交互作用瘦素通过NPY对体内代谢起作用，并可颉颃NPY。研究表明瘦素的缺乏，使大鼠多食、血糖增高、肥胖及弓状核NPY的mRNA水平的增高。给予外源性瘦素，可使弓状核NPY的mRNA表达接近正常，而使多食、血糖增高及肥胖等症状逆转。外周注射的瘦素进入血液循环后能迅速进入下丘脑的内侧基底部和弓状核及附近的脑区，并与这些部位的瘦素受体结合，从而对NPY的mRNA的表达进行调控。Baranowska等（2005）试验研究表明，瘦素与下丘脑NPY存在相互作用，瘦素能负向调节NPYmRNA的表达。JangM等（2000）在给小鼠注射瘦素后，发现下丘脑特定区域NPYmRNA以及NPY水平显著降低，并伴有摄食减少和体重下降。瘦素还可能通过抑制NPY神经元上的cAMP-蛋白激酶A来减少细胞内的Ca2+浓度，从而直接抑制NPY神经元的活性。瘦素能激活其他神经元活性，产生一些神经递质来抑制NPY的作用。如瘦素能激活黑素细胞激素原（POMC），POMC产生的α-促黑素细胞激素（α-MSH）可以与MCR-4受体结合，进而封闭NPY的作用。瘦素可增加α-MSH和MCR-4受体的表达，并增加它们对NPY的抑制作用。这些研究表明，瘦素可抑制NPY诱导的动物进食。对ob/ob具有肥胖症状的小鼠造成NPY的基因变异，使之缺乏瘦素和NPY，结果发现与原ob/ob鼠相比，变异小鼠摄食下降，能量消耗增加，其发生糖尿病、不育、生长发育迟缓的倾向明显降低，从而进一步证实瘦素通过NPY对体内代谢发生作用。总之，瘦素可通过降低NPY的合成或是产生神经递质抑制NPY的作用来调控摄食。3生长素（Ghrelin）生长激素(GH)是由脑垂体释放的一种调控动物生长的物质，它的释放主要由促生长激素释放激素(GHRH)和生长抑素(SS)进行调控。近年来，人们通过对生长激素促释放素(GHS)的研究，发现了一种新的调控GH释放的激素—Ghrelin。Ghrelin是生长激素促释放激素受体(GHS-R)的内源性配体，通过与其受体结合，能强烈地促进动物的采食，并能刺激GH的释放及促进胃酸分泌。3.1Ghrelin的分布Ghrelin主要在动物的胃内产生，而肠、胰腺、垂体、肾和胎盘也可以少量分泌。切除老鼠的胃或胃酸产生部位会减少80%的循环Ghrelin，这进一步的说明胃是Ghrelin的主要来源部位。在老鼠体内，从胃到结肠，Ghrelin在胃基底部的量是最大的，Ghrelin的免疫反应性的细胞在十二指肠、空肠、回肠、结肠的黏膜上都存在。在肠内，Ghrelin的浓度从十二指肠到结肠逐渐的减少。下丘脑的神经元到邻近的第三脑室之间的背侧，腹侧室旁核(PVN)和弓形的下丘脑神经核也发现存在Ghrelin，此外在唾液中也检测到Ghrelin的存在。随着研究的深入，可能在动物的其它组织中还会检测到Ghrelin的存在。有趣的是，最近有人报道了原本只在动物中才能找到的Ghrelin在植物中也被检测到，并且，Ghrelin在果实中的含量明显的高于其它的生长部位。3.2Ghrelin与动物的采食自发现Ghrelin以来，对其结构、分布、存在形式，及功能的研究也与日俱增，这些研究多限于对酰化的Ghrelin的研究，即通常说的Ghrelin，而去酰化的Ghrelin(des-acylghrelin)，通常被认为没有生物活性，因此，对其研究较少，但近来的研究发现des-acylghrelin，同样具有重要的调节功能。3.2.1Ghrelin与动物的采食Ghrelin是一种强烈的诱食肽，在正常空腹状态下，血浆Ghrelin浓度即可刺激食欲，无论是中枢还是外周提高Ghrelin浓度都可引起觅食行为。Ghrelin对动物的采食作用与一些诱食肽如神经肽Y(NPY)、刺鼠基因相关蛋白(AgRP)、增食因子(Orexin)等有关。已证明具有诱食作用的NPY、AgRP存在于弓状核中，Ghrelin神经元的传入神经纤维可作用NPY、AgRP的表达神经元，可刺激其表达，达到刺激采食的目的。事实证明，i.c.v(脑室)给药Ghrelin可使下丘脑的主要采食区域(如弓状核、PVN)中的c-fox表达增加，而且增加量与其受体量相符，还可增加NPY、AgRPmRNA的表达。而使用NPY、AgRP的颉颃剂可抑制由Ghrelin诱发的采食行为，说明Ghrelin促进采食是通过NPY/AgRP来实现的。i.p(外周)给药Ghrelin能诱导大鼠下丘脑背侧核Fos的表达，刺激NPY/AgRP作出反应