动物的采食调控

动物采食饲料的多少直接影响其生产效率，采食量过低，饲料的能量用于维持体能的比例增加，其生产水平就会下降。在畜牧业生产中，用消化性低的饲料饲喂动物，若能增加采食量，则能以较低的饲料成本维持较高的生产水平，因此采食量调控对动物生产具有重要的意义。但在高度集约化的生产条件下，动物采食不足往往成为一个普遍现象。充分发挥动物的生产潜力，进一步提高动物的生产性能，尽可能提高动物的采食量成为研究者和生产者考虑的主要因素之一。虽然采食作为动物本能与生俱有，但这一生命活动却受体内复杂的神经和体液因素调节，动物的采食量调控是通过神经—内分泌、化学性和物理性的综合调控系统来实现的，其中中枢神经系统是最主要的调控手段。1动物的采食控制系统1.1动物采食量的调控中枢哺乳动物和禽类的采食受下丘脑的特定区域调控，其中，采食中枢(feedingcenter)位于下丘脑的旁侧(LHA)，饱感中枢(satietycenter)位于下丘脑室的中部的腹内侧核(VMN)。而下丘脑内侧区的弓状核(ARC)、背内侧核(DMN)、室旁核(PVN)、视交叉上核(SCN)和外侧下丘脑区(LHA)皆可影响摄食行为，因而推断这些脑区中存在能重叠的食欲调节网络(appetiteregulationnetwork)。ARC中不少神经元能合成食欲促进因子和抑制因子，并且有轴突延伸至VMN、DMN、PVN以及视前区中。VMN是“饱感中枢”，是一些食欲调节因子受体的存在部位。DMN中有神经元轴突伸入VMN;ARC可将神经肽Y(NPY，一种最重要的食欲促进因子)传递至DMN,从而极可能成为DMN中刺激食欲的信号。PVN是目前唯一证实可释放NPY的下丘脑区,是食欲促进因子作用的重要位点。LHA是“饥饿中枢”，可合成部分食欲促进因子。SCN是“生物节律中枢”，但在大鼠中其可能通过增加食欲促进因子的释放来启动夜间的摄食活动。此外，SCN与VMN、DMN、LHA、ARC之间皆有突触联系。食欲受到下丘脑的综合调节，从而使机体得以维持自身的能量稳定，进而将体重严格控制在一个很小的波动范围内。1.2动物采食量的神经-内分泌调控研究表明，禽类胃肠道在采食量调节中起重要作用，肠道内含有葡萄糖受体，十二指肠含有控制采食的渗透压及氨基酸受体，同时这些胃肠道中也存在着感受器，对采食起调控作用。哺乳动物的食道、胃、小肠中均存在着牵张感受器，若在这些部位充满食料，可增强迷走神经活动，从而兴奋下丘脑饱感中枢，使动物停食(Mcdonald等,1988)。在神经-内分泌调控中存在许多食欲因子，它们参与调控采食。从功能上大致分为2类：食欲促进因子和食欲抑制因子。1.2.1食欲促进因子可促进动物采食的因子包括神经肽Y、丙甘肽、内源性阿片样多肽、生长素、黑素浓集激素、γ-氨基丁酸、食欲素、谷氨酸等。神经肽Y(NPY)：神经肽Y首先从猪脑中分离出来，它的神经元在脑内分布广泛，下丘脑内主要分布在ARC，少部分分布于PVNDMN等区域，并形成相互投射的神经环路。下丘脑外食欲调节相关的NPY神经元则主要分布在脑干，并与另三种促食欲物质去甲肾上腺素(NE)、肾上腺素(E)、GAL共合成投射到下丘脑众多的核团。神经肽Y由36个氨基酸分子构成，是下丘脑中最重要的食欲促进因子，主要来源于ARC和DMN。Levine等(1984)在大鼠的脑内投放NPY，大鼠的采食量增加。但在皮下注射等量的神经肽Y，不能影响其采食量。此种现象表明，神经肽Y在下丘脑特定区域起作用，从而激发动物采食。Antonopoulos等(1989)报道，在绵羊大脑的几个区域内，包括下丘脑，出现神经肽Y样免疫反应。神经肽Y在绵羊和啮齿类动物中是一种很强的食欲刺激剂(Miner等，1992)。给大鼠灌注3mM的人NPY，2h和4h后可分别使进食量增加24倍和12倍(KatnerSN等,2002)。目前，人们已清楚豚鼠、兔子、大鼠和人的NPY的结构，猪的神经肽Y结构与豚鼠、兔子、大鼠和人的NPY结构的差异是：前者第17位上为亮氨酸，后者第17位上为蛋氨酸(O`Hare等,1988)。神经肽Y的受体也参与调节神经肽Y对食欲的刺激作用。由于神经肽Y是一个天然存在的食欲信息传递因子，对其它多种食欲促进因子和抑制因子具有调节作用。因此，在下丘脑食欲调节网络中，神经肽Y是一个最重要的基本成分。丙甘肽(galanin,GAL)：即使在饱食的情况下，丙甘肽也能激发动物的进食活动，其作用可能与以下两条路径有关：(1)NPY-GAL-β-内啡肽道路。丙甘肽神经元在ARC，PVN与神经肽Y能神经元间存在直接联系，可能部分介导了神经肽Y的促食欲作用。(2)GAL-NE路径。丙甘肽能刺激PVN释放NE，α2受体拮抗剂预处理则能影响丙甘肽的功能，因此由脑干释放到PVN的NE也能介导丙甘肽部分生物学效应。目前认为丙甘肽促进摄食的作用可能与阿片肽相互协调有关，具体机理还需进一步研究。内源性阿片样多肽(EOP)：研究表明，内源性阿片样多肽具有明显的刺激食欲的作用，是下丘脑另一类与食物调节相关的信号物质，主要包括β-内啡肽，脑啡肽(ENK)和强啡肽(DYN)。其中β-内啡肽是POMC前体的酶解产物，刺激进食作用平和而短暂，其神经元与GAL，NPY以及GABA能神经元在形态上密切联系说明β-内啡肽在食欲调节网络中发挥一定的作用。脑啡肽是以两种活性形式(蛋氨酸脑啡肽和亮氨酸脑啡肽)存在的5肽。ENK免疫活性广泛分布于ARC、VMN、DMN和PVN。ENK本身并无刺激食欲的作用，但有一些结构类似物可通过δ受体来增强食欲，其长效激动剂的应用也能有效刺激动物进食。强啡肽的分布与功能同与内啡肽类似，DYN合成细胞存在于ARC和PVN中，由DYN衍生而成的DYNA1～17通过活化k受体来刺激摄食行为。黑素浓缩激素(MCH)：黑素浓缩激素是有LH和其它某些散在的神经元产生的19肽，是一种快速、弱效的食欲促进物质。进一步的研究结果表明，MCH和NPY系统之间存在不少平行之处，诸如饥饿增强MCH基因表达，在基因型肥胖小鼠中MCHmRNA水平升高，MCH也刺激下丘脑-垂体-肾上腺轴活性。这些相似性说明，MCH可能与NPY一起协同调节机体的能量稳定状态。γ-氨基丁酸(GABA)：GABA是作用比较明确的氨基酸类食欲调节相关信号。不少实验证实，GABA能神经元及其受体与其它食欲调节因子(NPY、GAL等)有着形态与功能上的联系。近来有证据表明，ARC中GABA和NPY或GAL可共同表达于某些神经元,并且不少共表达NPY和GABA的神经元可投射至PVN中。因此，有专家指出PVN中GABA可能通过与NPY的共同释放来强化其刺激食欲的作用。此外，GABA还可能阻抑食欲抑制因子αMSH(促黑激素)的释放，从而提高靶位点对其释放的NPY的反应强度。食欲素(Orexin,OX)：1998年发现的新的食欲促进因子。OX神经元主要位于下丘脑的背区、外侧区以及围穹窿区(PFH)。OX呈剂量相关性刺激摄食活动,但OXA的作用相对较强。Sakurai等指出，OX对食欲的刺激作用可能是通过活化OXA和OXB受体来实现的。向LHA、PVN和PFH中微量注射OXA可刺激摄食行为,但对VMN和POA却没有引发刺激作用。由此可见，虽然OX神经元末梢可终止于大多数下丘脑区,但调节OX作用的受体分布有限。此外，有报道证实，OX免疫活性纤维与ARC中共表达NPY和瘦素的神经元有直接联系;LHA中OX神经元与NPY表达细胞也有突触联系。因此,OX对食欲的刺激作用可能部分与NPY有关。近几年，已在小鼠、大鼠、牛等多种动物中发现增食因子的存在，主要调控动物的采食量和能量平衡(TatsuoYamamoto等,2002)。除次之外，对动物的饮水、生殖、睡眠等方面可能都有作用。谷氨酸(Glu)：谷氨酸大量存在于下丘脑的不同部位,可刺激大鼠的摄食行为。Glu受体激动剂(N甲基-D-天冬氨酸，NMDA)仅在微量注入LHA时才显示出刺激食欲的作用，从而表明，参与食欲刺激作用的Glu受体选择性位于LHA。因为LHA可合成部分食欲促进因子(如NPY和GAL等),有学者认为NMDA的刺激作用可能与这些因子有关。生长素：生长素可刺激垂体前叶释放生长激素，调节肌体发育，增强食欲，调节能量平衡，还能促进胃酸分泌。CaixasA等(1987)认为，生长素可能是促生长激素释放激素受体的配体，二者结合可使鼠的采食量增加，生长激素及胃酸分泌，进而表现出生理活性。1.2.2食欲抑制因子食欲抑制因子有促肾上腺皮质激素释放激素、尿皮质激素、神经降压素、缩胆囊素、瘦素、胰高血糖素、促甲状腺素激素、生长抑素、促黑素等。促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)促肾上腺皮质激素释放激素41肽，主要作用是刺激垂体释放促肾上腺皮质激素，进而促进肾上腺分泌皮质类固醇。此外，CRH还可产生抑制食欲的作用。向不同脑区引入CRH可导致动物出现厌食现象。向PVN(而非其它脑区)中显微注射CRH，可阻抑NPY诱导的摄食行为，从而表明CRH可限制食欲促进因子的刺激作用。CRH生成细胞主要位于PVN的小细胞层(pPVN)，CRH限制食欲的作用位点也是在PVN内。有证据表明，CRH可能通过CRHR1和R2型受体来发挥作用。尿皮质激素尿皮质激素是一种与CRH有45%同源序列的CRH族成员，在抑制饥饿诱导的摄食活动中发挥比CRH更强的作用。有证据表明，这种较强的食欲抑制作用归因于尿皮质激素对CRHR2受体有更高的亲和力。尿皮质激素可减少大鼠夜间的摄食活动，Spina(1996)等发现是通过降低食量和摄食频率来实现的。与CRH不同，尿皮质激素表达细胞主要位于LHA和视上核。但尿皮质激素和CRH都是通过提高产热与脂解作用来增加能量消耗，进而达到减轻体重的效果。神经降压素(NT)神经降压素可抑制大鼠的自主性或NE诱导的摄食活动。NT合成细胞主要位于ARC、PVN和DMN。Moga和Saper(1994)发现，DMN中的NT阳性神经元向PVN的大小细胞层(mPVN和pPVN)皆有投射。向后两者中显微注射NT，都可抑制大鼠的自主性摄食行为。在基因型肥胖小鼠的下丘脑中，NPY水平升高，而NT及其mRNA水平下降，暗示着NT与NPY之间可能存在着拮抗性。胰升糖素样肽-1(GLP-1)GLP-1酰胺化物由小肠L细胞中合成的胰升糖素原加工而成。同其它胃肠肽一样，GLP-1在下丘脑区广泛分布，但其结合位点主要位于ARC和PNV中。向饥饿大鼠的下丘脑区引入GLP-1可抑制其摄食活动，但同时引入GLP-1和GLP-1受体拮抗剂可恢复大鼠的饥饿诱导性摄食行为，从而表明GLP-1抑制食欲的作用与其受体的活化密切相关。Turton(1996)等发现，GLP-1可抑制NPY诱导的摄食行为，但这种抑制作用只是与PVN中NPY启动的突触后信号传递有关。近来有证据表明，GLP-1受体拮抗剂可阻抑瘦素对摄食活动和体重的抑制作用，从而说明GLP-1通路可能是瘦素这种食欲抑制信号的调节因子。促黑皮素(MC)MC中研究最多的是α-MSH，由13个氨基酸组成，为POMC基因编码，在下丘脑区广泛分布。与β-END及其它鸦片样肽不同的是，α-MSH抑制摄食行为。有研究表明，α-MSH的食欲抑制作用受到MC-4受体(MC-4R)的调节，如果消除MC-4R的抑制性调节作用,不可避免地会导致食欲亢进和肥胖。此外，Seeley(1997)等在基因型肥胖小鼠中发现,瘦素-POMC-α-MSH-MC-4R信号轴存在缺陷是出现食欲亢进的部分原因。野鼠色蛋白(AgP)在野鼠色蛋白致死型杂合体小鼠(AY/a)中，肥胖综合征的出现是由AgP-MC-4R传递的食欲抑制信号出现紊乱所致。近来有学者克隆出ART基因，与编码AgP的野鼠色基因高度同源，由其表达的蛋白质称为野鼠色相关蛋白(AgrP)。深入研究发现，在ARC中存在共表达NPY与AgrP的神经元，这些神经元向其它下丘脑区广泛投射，从而揭示出一个更大的与NPY相关联的食欲调节区域。AgrP是MC-4R的选择性强抑制剂，因此其在PVN的释放可以消除MC-4R对α-MSH