精氨酸調(diào)控畜禽采食量的機(jī)制及其影響因素

楊 靜 謝 明 侯水生* 黃 葦 喻俊英 汪 超，3

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193;2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，廣州 510642;3.重慶市畜牧科學(xué)院，重慶 402460)

采食量是影響動(dòng)物生產(chǎn)效率的重要因素，是評(píng)價(jià)動(dòng)物生產(chǎn)性能與健康狀況的重要指標(biāo)。早期研究報(bào)道，動(dòng)物采食行為調(diào)控主要涉及下丘腦的神經(jīng)體液調(diào)節(jié)、胃腸道功能狀態(tài)(胃腸的蠕動(dòng)與排空)調(diào)節(jié)[1]以及外周體液信號(hào)(胃腸道激素、細(xì)胞因子、細(xì)胞激素等)調(diào)節(jié)等[2-3]。近年研究發(fā)現(xiàn)，氨基酸水平對(duì)動(dòng)物食欲以及采食量的調(diào)節(jié)至關(guān)重要[4-5]。精氨酸是對(duì)動(dòng)物采食行為發(fā)揮重要調(diào)控作用的氨基酸之一。

1 概述調(diào)控動(dòng)物采食的主要機(jī)制

動(dòng)物采食行為的調(diào)控可分為外周機(jī)制和中樞機(jī)制。外周機(jī)制主要由胃腸道激素主導(dǎo)，如膽囊收縮素(CCK)[6]，它通過與幽門括約肌環(huán)形肌細(xì)胞膜和迷走傳入纖維上低親和力CCK-A受體結(jié)合，分別刺激幽門括約肌收縮，從而抑制胃排空和外周飽感信號(hào)傳入攝食中樞而抑制進(jìn)食;阿片肽通過與k-受體和ε-受體結(jié)合抑制飽食中樞活動(dòng)，使動(dòng)物喪失飽感，延長(zhǎng)進(jìn)食時(shí)間，增加采食量;饑餓素(ghrelin)通過興奮弓狀核和室旁核內(nèi)的神經(jīng)肽Y(NPY)/刺鼠色蛋白相關(guān)肽(AgRP)神經(jīng)元促進(jìn)采食。雖然不同的激素有各自的調(diào)控途徑，但此類激素最終均經(jīng)迷走神經(jīng)傳入纖維將信號(hào)傳遞給攝食中樞——下丘腦調(diào)控采食量。

調(diào)控動(dòng)物采食的中樞機(jī)制主要由神經(jīng)元和神經(jīng)遞質(zhì)主導(dǎo)。下丘腦弓狀核促采食神經(jīng)元和抑采食神經(jīng)元對(duì)食欲信號(hào)的整合控制起關(guān)鍵作用。禁食狀態(tài)下，AgRP mRNA表達(dá)量增加，可激活α2磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMPK)的活性。同時(shí)，弓狀核-室旁核神經(jīng)元軸上的NPY mRNA表達(dá)量和NPY釋放增加，與特定的受體Y1和Y5結(jié)合，促進(jìn)采食。饑餓時(shí)弓狀核內(nèi)可卡因-安非他明調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄肽(CART)mRNA的表達(dá)量降低，另一厭食因子阿片-促黑素細(xì)胞皮質(zhì)素原(POMC)的活性因NPY與弓狀核上 Y1受體結(jié)合而被抑制[7]。POMC的裂解產(chǎn)物促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)和促黑色素細(xì)胞激素系(MSHs)所構(gòu)成的黑皮質(zhì)素(MC)系統(tǒng)通過結(jié)合到MC受體家族發(fā)揮作用。AgRP是MC受體的高選擇性拮抗劑，其C端片段可拮抗興奮性配基α-MSH對(duì)MC-4受體的激動(dòng)效應(yīng)刺激采食。

2 精氨酸/一氧化氮(NO)調(diào)控動(dòng)物采食的部分機(jī)制

精氨酸作為幼齡動(dòng)物的必需氨基酸發(fā)揮重要的營(yíng)養(yǎng)作用。精氨酸在體內(nèi)被一氧化氮合酶(NOS)催化分解成NO，精氨酸和NO協(xié)同作用，共同調(diào)控動(dòng)物采食行為。精氨酸是組織蛋白中最豐富的氮載體，也是NO在體內(nèi)的唯一供體。通過L-精氨酸/NO途徑，精氨酸不僅對(duì)機(jī)體心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等發(fā)揮重要作用[8]，而且對(duì)動(dòng)物采食量的調(diào)控也至關(guān)重要[9-10]。腦中精氨酸可代謝成鳥氨酸，進(jìn)而生成谷氨酸，這2種氨基酸均可促進(jìn)生長(zhǎng)激素釋放。結(jié)合對(duì)促生長(zhǎng)激素釋放激素的研究[11-13]，提示腦內(nèi)生長(zhǎng)激素水平能夠調(diào)控動(dòng)物的采食行為。精氨酸在NOS催化下生成的NO在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中達(dá)到其生理濃度時(shí)，可激活哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路，使核糖體蛋白 p70S6激酶1(p70S6K1)磷酸化，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)合成[14]。NO可刺激AMPK磷酸化，AMPK磷酸化能增加沉默調(diào)節(jié)蛋白1(SIRT1)及其下游叉頭框蛋白O1(FOXO1)活性、抑制mTOR活性，進(jìn)而激活促食神經(jīng)元NPY/AgRP或抑制抑食神經(jīng)元POMC/CART而促進(jìn)動(dòng)物采食[15-16]。此外，NO還能通過調(diào)控ghrelin、生長(zhǎng)激素、食欲素、瘦素、5-羥色胺等外周激素影響動(dòng)物采食[17-19]。

3 精氨酸對(duì)動(dòng)物采食的影響

3.1 精氨酸的不同給予方式對(duì)采食的影響

由于血腦屏障的存在，外周注射或飼糧中添加的精氨酸不能直接穿透血腦屏障到達(dá)下丘腦部發(fā)揮作用。張?jiān)倜鞯萚20]對(duì)生長(zhǎng)前期北京鴨的研究表明，飼糧中添加0.906% ～0.946%精氨酸可顯著改善平均日增重、采食量和料重比。飼糧中添加精氨酸可顯著提高42～56日齡肉仔雞的采食量、日增重[21]。以上結(jié)果表明，外周給予精氨酸可促進(jìn)家禽采食。在精氨酸結(jié)合瘦素的研究中發(fā)現(xiàn)，中樞和外周注射瘦素均能降低動(dòng)物采食量和體增重，此效應(yīng)能通過中樞注射精氨酸得到緩解，而外周注射精氨酸卻無此效果[22]。這一結(jié)論在Yang等[23]對(duì)蛋雞和肉雞的研究中也得到證實(shí):外周給予精氨酸不能抵抗瘦素抑制采食的效應(yīng)。綜上所述，精氨酸調(diào)控動(dòng)物采食行為的外周機(jī)制和中樞機(jī)制是不同的[24]。

3.2 精氨酸對(duì)不同物種采食的影響

Vozzo等[25]對(duì)人食欲研究發(fā)現(xiàn)，外周注射一定劑量的NOS抑制劑(影響心臟收縮壓和舒張壓)對(duì)人體短期食欲調(diào)節(jié)沒有影響。但是在對(duì)鼠[26]、雞[27]和有袋類哺乳動(dòng)物[28]的研究中發(fā)現(xiàn)，外周和中樞注射NOS抑制劑都能影響采食。此外，精氨酸對(duì)同種動(dòng)物的不同品系間也存在明顯差異。腦室注射400 nmol NG-硝基-L-精氨酸甲酯(L-NAME)能刺激蛋雞的采食行為，但相同劑量的L-NAME對(duì)肉雞采食行為沒有影響[29]。

造成以上現(xiàn)象的原因可能是:1)由于不同物種、品系結(jié)構(gòu)上的差異，導(dǎo)致NOS抑制劑對(duì)某些動(dòng)物產(chǎn)生了非特異性的毒副作用引起厭食，而不是直接通過降低NO的生成量抑制食欲[22]。2)某些攝食調(diào)控因子及其調(diào)控程度因物種和品系的不同而存在差異[30-32]。因此，推斷NO對(duì)攝食調(diào)控的程度也有類似的情況[29]。3)由于體內(nèi)NOS活性的不同，使得NOS對(duì)其抑制劑的敏感度不同，導(dǎo)致NOS抑制劑對(duì)食欲和采食量的效果因物種和品系的不同而不同[33-34]。

3.3 精氨酸對(duì)不同日齡動(dòng)物采食的影響

麻名文[35]對(duì)生長(zhǎng)肉兔的研究顯示，飼糧中添加精氨酸顯著影響0～2月齡肉兔的平均日增重、平均日采食量，而對(duì)3月齡肉兔無影響。吳信等[36]研究發(fā)現(xiàn)，精氨酸能顯著提高斷奶仔豬平均日增重和日采食量，對(duì)育肥豬生長(zhǎng)性能及胴體品質(zhì)影響不顯著[37]。然而，Choi等[27]研究表明，腦室注射NOS抑制劑能降低5周齡肉雞采食量，但對(duì)3日齡肉仔雞采食量無此效果[29]。Morley等[38]研究顯示，NOS抑制劑降低12和24月齡小鼠采食量的效果優(yōu)于其對(duì)3月齡小鼠采食量的抑制效果:10和25 mg/kg的NOS抑制劑顯著或極顯著影響12和24月齡小鼠采食量，對(duì)3月齡小鼠采食量卻無此效應(yīng)。以上研究結(jié)果提示，年長(zhǎng)動(dòng)物對(duì)NOS抑制劑和NO更敏感，而幼齡動(dòng)物對(duì)精氨酸更敏感。原因可能是:1)幼齡動(dòng)物較年長(zhǎng)動(dòng)物需要更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來沉積蛋白質(zhì)、增強(qiáng)骨骼、完善機(jī)體各項(xiàng)機(jī)能;2)年長(zhǎng)動(dòng)物能在小腸和腎臟合成精氨酸，滿足機(jī)體的部分需要，對(duì)外源精氨酸的依賴度不高;3)由于NOS廣泛存在于肌肉、肺部、大腦、腎臟等部位，在動(dòng)物幼齡時(shí)期，這些組織的發(fā)育不夠完善，因此，對(duì)NOS抑制劑的敏感度較年長(zhǎng)動(dòng)物低。

3.4 精氨酸的使用劑量對(duì)采食的影響

研究顯示，仔豬飼糧中添加0.6%和0.8%的精氨酸，平均日增重和采食量有隨添加水平的升高而降低的趨勢(shì)，但都顯著高于無添加組和添加0.2%的低精氨酸組[39]。在研究生長(zhǎng)前期北京鴨適宜氨基酸比例的試驗(yàn)中觀察到，在賴氨酸水平為1.1%的情況下，中等精氨酸水平(0.90%)組的平均日增重和日采食量顯著高于高精氨酸水平(1.15%、1.40%、1.65%)組和低精氨酸水平(0.65%)組[20]。以上研究表明，適宜精氨酸能促進(jìn)采食，但高劑量的精氨酸抑制采食。提示過量精氨酸代謝會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生副作用，這與其代謝產(chǎn)物NO的過量生成有關(guān)。

NO具有二元性，起著生理信使與細(xì)胞毒性的雙重作用，在一定濃度范圍內(nèi)參與維持機(jī)體正常生理功能和新陳代謝。關(guān)于過量NO對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的副作用已有報(bào)道[40-41]。羅海吉等[42]研究顯示，適量的精氨酸可通過NO起到免疫促進(jìn)作用，但過量精氨酸產(chǎn)生高濃度的NO會(huì)抑制淋巴細(xì)胞的增殖，降低免疫力，引起采食量下降。過量的NO還可與超氧陰離子結(jié)合形成毒性更強(qiáng)的氫氧根離子及亞硝酸根離子，引發(fā)自由基連鎖損傷反應(yīng)，而機(jī)體自由基水平可調(diào)控動(dòng)物采食行為[43-44]。

4 小結(jié)

下丘腦內(nèi)存在許多核區(qū)，不同的食欲相關(guān)因子在相應(yīng)的區(qū)域中表達(dá)。在采食調(diào)控過程中，體內(nèi)NPY、POMC、AgRP、黑色素細(xì)胞凝集素(MCH)等食欲相關(guān)因子不會(huì)全部被動(dòng)員，但就精氨酸具體動(dòng)員哪些食欲相關(guān)因子以及動(dòng)員的機(jī)理尚未研究清楚。盡管現(xiàn)已證實(shí)精氨酸/NO可通過調(diào)節(jié)mTOR 通路[29，45]、AMPK 通路[46]中的某些環(huán)節(jié)影響動(dòng)物采食，但具體的機(jī)制仍在研究。由于哺乳動(dòng)物和禽類在生理結(jié)構(gòu)上的差異，關(guān)于精氨酸調(diào)控動(dòng)物采食行為還有待更深入的研究。

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