专题文章
禽类采食量生理调节因子的研究进展
作者：黄金秀，罗绪刚和吕林，中国农业科学院畜牧研究所。采食量是影响禽类生长最重要的因素之一。认识采食量的调节规律和机制，旨在更为有效地调节家禽的采食量，为生产实践提供重要的指导。禽类采食量的生理调节机制十分复杂，涉及许多神经通路和体液因子的调节。本文将重点介绍采食量生理调节因子。在动物生产中，提高动物采食量一直是科学工作者非常关心的问题。除了合理的饲粮配制外，保持最大采食量是决定生长速度和养分利用率最为重要的因素之一。具有最大平均日增重的鸡群往往表现出最大采食量。禽类的随意采食量是由体内和体外两大因素综合作用的反映。体内因素指的是禽类本身的生理调节因素，涉及神经和体液两方面，起决定性作用。体外因素主要指的是饲粮和环境等外界因素，需要通过生理调节系统来发挥作用。下面将主要概述禽类采食量的生理调节因子。
动物的采食量存在短期调节和长期调节。采食量的短期调节控制着每次采食的开始和终止。因为短期调节方式的存在，动物不会出现完全禁食，也不会出现无休止的摄食。采食量的长期调节是指下丘脑对能量贮存的调节。由于采食量长期调节机制的存在，动物能够长期维持能量平衡。采食量的短期调节信号与长期调节信号均需中枢神经系统进行整合(见图1)。
1. 禽类采食量的短期调节因子
采食量的短期调节系统，也被称为“外周饱感系统”，指每次采食相关的信号(如饲料或特殊养分)主要从胃肠道传导到下丘脑，激活神经通路，以控制每次采食的多少(Richard，2003)。该信号主要产生于胃肠道，其次是胰脏和肝脏。摄入的养分含量、饲料物理特性和特殊饲料成分可直接作用于胃肠道中的神经感受器，也可通过刺激胃肠道产生一些食欲调节肽(如胆囊收缩素、胰高血糖素样肽-1等)来激活特殊的信号通路，以将饱信号传递到整合中枢。这些调节肽的作用途径有二种：一是直接作用于肠道、肝脏和胰脏中的传入神经纤维，将信号传至脑中枢。该作用时间相对较短。二是通过血液循环运至中枢神经系统来发挥作用。下面将主要介绍胆囊收缩素、胰高血糖素样肽-1在鸡体内的存在特点和采食量调节功能。1.1 胆囊收缩素（Cholecystokinin，CCK）
CCK是一类肽链长短不同的分子的总称。鸡CCK前体是一条含130个氨基酸残基的多肽链，由676个核苷酸的RNA编码(Jønson等，2000)。目前鸡体内存在的CCK70、CCK33、CCK8、CCK7等分子形式都是由前体分子经不同程度酶切作用形成(Martinez等，1993；Jønson等，2000)。C-端硫酸化的CCK8肽是具有CCK全部生物活性的最小分子形式，也是体内的主要存在形式之一。CCK主要由小肠内分泌细胞以及肠壁神经细胞和中枢神经细胞合成。鸡脑部CCK主要以小分子形式CCK8存在(Fan等，1987)，而肠道CCK分子的主要存在形式及其分布情况目前报道不一，其原因不清楚，可能与检测方法的不同有关。采用免疫组织化学法的分析结果表明，肉鸡肠道CCK的分布以回肠近端最高，其次是十二指肠，且主要以大分子形式CCK33分布于肠粘膜(Martinez等，1993)。但采用排阻层析法的分析结果表明，肠道CCK主要分布于卵黄憩室、空肠和十二指肠，且主要以小分子形式CCK8和CCK7存在(Jønson等，2000)。
CCK对动物采食的抑制作用存在种属差异性。外源注射CCK可降低鸡、猪、鼠等多种动物和人的采食量，但对反刍动物的作用不大(Louie，1994)。CCK对鸡采食的抑制作用受年龄、CCK分子形式、剂量等因素的影响。ICV注射88和131pmol CCK8显著降低了4w肉鸡的采食量(Denbow和Myers，1982)。但向2d肉仔鸡ICV注射131pmol CCK8并没有降低注射后1和2h的采食量，注射262pmol CCK8显著降低注射后1h的采食量，而对注射后2h的采食量无影响；注射131pmol CCK33显著降低了注射后1和2h的采食量(Furuse等，2000)。因此，脑部注射CCK33对采食量的抑制作用比CCK8强。虽然CCK8是鸡脑部的主要存在形式，而CCK33含量极少(Goldman等，1985)，但CCK8在脑部的失活速度更快。所以，脑中枢的CCK8可能不是初生仔鸡采食量的主要调节因子。
CCK需要与其受体结合才能发挥作用。鸡体内至少存在两种CCK受体：CCK-A和CCK-B受体。CCK-A受体主要分布在外周组织，如胰腺、盲肠和胆囊；CCK-B受体主要分布于中枢神经系统，如下丘脑(Vigna等，1986；Rodríguez-Sinovas等，1995)。对此，人们试图利用各种CCK受体拮抗剂来阐述内源CCK的功能及其作用位点。向自由采食状态下的肉仔鸡ip注射高剂量的CCK-A受体拮抗剂L-364,718显著提高了注射后2h采食量(Covasa和Forbes，1994)。但ip注射低剂量L-364,718对饥饿17h的白来航公鸡采食量无显著影响；而注射低剂量CCK-B受体拮抗剂L-365,260提高了注射后30-120min的采食量；而且注射L-365,260和L-364,718并不抑制CCK8对采食量的降低作用(Rodríguez-Sinovas等，1997)。所以，内源CCK在鸡体内的饱感作用及其主要作用位点仍存在一定争议。
摄入的营养物质可影响鸡体内CCK的合成和分泌。给来航鸡插管饲喂大豆分离蛋白或特殊氨基酸（苯丙氨酸、精氨酸、缬氨酸和酪氨酸）促进了内源性CCK的释放，并且苯丙氨酸的作用比精氨酸和缬氨酸强，苯丙氨酸与酪氨酸差异不大(Yang等，1989；Furuse等，1991)。其他营养物质对其的影响迄今未见报道，亟待进一步研究。
1.2 胰高血糖素样肽-1(Glucagon-like peptide-1，GLP-1)
GLP-1是由前体物质胰高血糖素原裂解而成的一种肠促胰岛素，属于胰高血糖素超家族。迄今发现的几种哺乳动物GLP-1的氨基酸序列完全相同，但鸡GLP-1有4个位点与哺乳动物不同(Hasegawa等，1990；Tachibana等，2005)。鸡GLP-1主要由肠道内分泌细胞和中枢神经细胞合成。肠道GLP-1主要分布于空肠和回肠(Hiramatsu等，2003)；脑部GLP-1主要存在于脑干核周质(Tachibana等，2005)。哺乳动物的胰高血糖素原可裂解为GLP-1和GLP-2，而鸡胰高血糖素原不含GLP-2，所以GLP-2可能并不为哺乳动物所必需(Hasegawa等，1990)。
GLP-1可能是鸡体内固有的采食量调节因子之一，因为低剂量的GLP-1(0.03μg)就可抑制肉仔鸡采食(Furuse等，1997a,b)。但该抑制作用受饥饿时间的影响。向饥饿3h或6h的肉仔鸡ICV注射0.03μg GLP-1显著降低了注射后2h采食量，且饥饿3h组的采食量低于饥饿6h组(Furuse等，1997b)。ICV注射30pmol GLP-1使下丘脑腹内侧核(VMN)Fos阳性细胞显著增多，但下丘脑LHA中的Fos阳性细胞未发生显著变化；而且向VMH和LHA注射15pmol GLP-1均显著降低了肉仔鸡的采食量。所以，下丘脑VMN或其他核区可能是GLP-1诱导肉仔鸡采食量降低的主要作用位点(Tachibana等，2004)。人们推测，GLP-1的作用可能是通过抑制NPY对鸡采食量的促进作用，或通过影响儿茶酚胺能系统或去甲肾上腺能系统来实现(Furuse等，1997b；Tachibana等，2002；Bungo等，2001))。
2 禽类采食量的长期调节因子
采食量的长期调节取决于体内能量储备，通过外周特殊信号分子激活下丘脑的神经和神经内分泌途径来实现(Richard，2003)。哺乳动物上的研究已发现，瘦素和胰岛素可反映体内脂肪的贮存情况，是调节采食量和能量平衡的二个最为重要的外周信号。但在禽类上的相关资料还比较缺乏，尤其是胰岛素迄今未见鸡上报道。2.1 瘦素（Leptin）
瘦素是由ob基因编码的一种蛋白激素。在哺乳动物，瘦素的主要合成部位是脂肪组织，尤以皮下脂肪组织最为明显(Zhang等，1994)。而对于禽类，除了脂肪组织外，肝脏也是瘦素的主要合成部位，这可能是因为肝脏是禽类脂肪酸从头合成的主要部位(约95％)，也是禽类脂肪贮存的重要部位(Ashwell等，1999)。鸡胚肝脏和卵黄囊膜也表达瘦素mRNA，表明瘦素可能在胚胎发育过程中起重要作用。鸡组织和血浆中瘦素水平受机体营养状态和多种激素的影响。饥饿使鸡血浆瘦素水平及肝脏和脂肪组织中瘦素mRNA水平降低(Dridi等，2000；Sato等，2003)。激素对瘦素基因表达的影响具有组织特异性。对于肝脏，胰岛素和地塞米松具有正效应，胰高血糖素和雌激素具有负效应；但对于脂肪组织，除了雌激素的负效应外，所观测的其他激素均不影响脂肪组织的瘦素基因表达(Ashwell等，1999)。其原因目前仍不清楚，可能是因为脂肪组织的瘦素基因表达的速度最高，或是其基因表达的调节机制与肝脏的不同。
目前有关外源注射瘦素影响鸡采食量的研究资料较少，作者迄今仅检索到6篇报道，而且结果不一。其中5篇报道了瘦素具有降低采食量的作用，而另外一篇报道ICV注射0.2~5μg小鼠瘦素并不降低2日龄肉公雏和蛋公雏的注射后2h采食量(Bungo等，1999)。造成上述差异的具体原因目前仍不清楚，可能与鸡品种、年龄、注射剂量、注射途径或饥饿时间等有关。采用相同日龄的肉公雏和蛋公雏的比较试验发现，ip注射0.5mg/kg鸡瘦素显著降低了饥饿1.5h蛋公雏的5h采食量，但对肉公雏没有显著影响(Cassy等，2004)。ip注射10mg/kg鸡瘦素降低了30-300min采食量，60min后达显著水平(Raver等，1998)。ICV注射2.5~20μg人瘦素显著降低了体重相似的肉公鸡和蛋公鸡的采食量(Denbow等，2000)。在调节动物采食量的过程中，瘦素可与胰岛素等其他激素相互作用，这已在哺乳动物上证实。大鼠上的试验表明，瘦素和胰岛素同时处理对采食量和体重的短期调节在前期具有冗余性；但随着时间的延长，则表现出可加性(Air等，2002)。进一步试验发现，胰岛素可以促进大鼠白色脂肪组织瘦素的生成和分泌，而且是通过促进瘦素内质网的转运而不是直接作用于分泌小泡来促进分泌(Barr等，1997)。
瘦素的生理功能需要其受体来介导。哺乳动物上的研究发现，瘦素受体(Leptin Receptor，LR)分为长型和短型两种存在形式。目前已发现LRa、LRb、LRc、LRd、LRe和LRf六种异型体，其中最重要的是短型LRa和长型LRb(Friedman和Halaas，1998)。前者主要分布于大脑脉络丛及血脑屏障的微血管丛中，作为瘦素结合/转运蛋白使瘦素通过血脑屏障进入脑脊髓液(Bjorbaek等，1997)。长型LRb主要分布于下丘脑多个核团表达NPY的细胞膜上，起信号转到作用(Mercer等，1996)。目前认为，瘦素与其受体结合后，通过与下丘脑相关的反馈环实现抑制采食、增加能量消耗。其作用途径主要依赖于NPY信号系统和促黑皮质素信号系统。瘦素可抑制弓状核神经元NPY的合成和释放，或激活促黑皮质素信号系统，以抑制采食(Mizuno等，1998)。肉鸡和火鸡上也发现有瘦素受体基因，但迄今只有长链瘦素受体被分离鉴定。该受体主要表达于脑部和卵巢，肝脏、肾脏和小肠也有少量表达(Horev等，2000；Ohkubo等，2000)。但其具体功能和作用途径目前仍不是很清楚，且鸡体内是否也存在其它类型的瘦素受体尚需深入研究，以更好地认识瘦素调节鸡采食量的机制。
2.2 生长素（Ghrelin）
生长素是由Kojima等(1999)首先在大鼠胃中发现的一种由28个氨基酸残基组成的内分泌肽，之后通过cDNA克隆技术又在人胃中检测到。鸡生长素由26个氨基酸残基组成，比人生长素少两个氨基酸残基，与人的序列同源性只有54%，但二者的N-端第三位点的丝氨酸均被酰化(Kaiya等，2002)。鸡生长素mRNA主要表达于前胃，其次是纹状体，小脑、视前叶、脑干、肺、脾和小肠也有少量的表达(Kaiya等，2002)。生长素对鸡生长激素(Growth Hormone，GH)释放的促进作用类似于哺乳动物，且鸡、大鼠和人的生长素的作用效果相当(Ahmed和Harvey，2002；Kaiya等，2002)。然而，对采食量的调节作用，鸡和哺乳动物上的报道结果却正好相反。Tschöp等(2000)报道，生长素促进了大鼠采食量，并导致肥胖。但迄今检索到的3篇鸡上报道均表明，生长素具有降低鸡采食量的作用，并且鸡生长素与大鼠生长素的抑制效果相当，而牛蛙生长素的更强一些(Saito等，2002；Furuse等，2001)。其原因可能是生长素促进了鸡GH的释放(Ahmed和Harvey，2002)，而GH、GH释放因子或合成的GH释放肽等GH促分泌素受体的配体均能降低鸡的采食量(Furuse等，2001；Saito等，2002)。此外，生长素在动物品种之间的功能差异也可能是其另一原因。进一步阐明生长素对鸡采食量的调节机制将有助于认识差异的原因。
3 参与采食量调节的神经肽
与哺乳动物一样，禽类脑部也含有神经肽Y(Neuropeptide Y，NPY)、促阿黑皮素原(Proopiomelanocortin，POMC)和刺鼠色蛋白相关肽(Agouti-related Protein，AGRP)的基因，它们的表达物在调节禽类采食量和能量平衡中的作用也倍受人们关注。
3.1 神经肽Y(Neuropeptide Y，NPY)
NPY由36个氨基酸残基组成，属于神经肽Y家族。除了NPY外，该家族还包括胰多肽和肽YY。机体所有的神经细胞均能合成NPY，但以下丘脑弓状核的细胞合成速度最高，并将合成的NPY释放到下丘脑室旁核中贮存。研究发现，NPY序列具有非常高的保守性，鸡NPY只有一个氨基酸残基(Ser7)与人和大鼠的不同(Larhammer等，1992)。NPY免疫活性细胞主要集中在毗邻于第三脑室的下丘脑室旁核和腹内侧区(Kuenzel和McMurty，1988)。采用原位杂交技术的研究也发现，NPY mRNA广泛表达于鸡脑部，主要是海马、缝状核(Nucleus Commissurae Pallii)、下丘脑漏斗核(Infundibular Hypothalamic Nucleus)、顶部腹核(Nucleus Pretectalis Pars Ventralis)和圆形核(Nucleus Rotundus)周围的神经元；其次是外侧间隔器(Lateral Septal Organ)、下丘脑室周核(Nucleus Periventricularis Hypothalamus)和室旁巨细胞核(Nucleus Paraventricularis Magnocellularis)；大脑皮层的表达量极少(Wang等，2001)。现已发现，表达NPY mRNA的细胞分布情况与NPY免疫活性细胞的分布情况相一致，且与鸡脑部NPY受体的分布情况相一致。下丘脑等含有丰富的NPY，在采食量调节过程中发挥着重要作用(Wang等，2001)。饥饿或限食显著提高了下丘脑NPY基因的表达(Boswell等，1999)。外源注射NPY可以促进鸡采食。注射5mg NPY使鸡采食量增加一倍；剂量反应曲面分析表明，注射9mg NPY的效果最佳(Kuenzel等，1987)。但有关NPY促进采食的具体机制目前仍不清楚。最近鸡特异性NPY受体的发现使人们深入研究NPY作用机制成为可能。然而，此方面的研究仍然十分困难，因为鸡体内存在多种NPY受体(Y1、Y2、Y4和Y5)，NPY的采食促进作用是由一种受体亚型还是由多种受体亚型来介导，目前仍不清楚。另外，NPY基因敲除的小鼠也能正常地调节采食量(Erickson等，1996)，这使得有关NPY调节采食量的大量研究需要重新考虑。NPY基因敲除小鼠采食量的正常调节的原因可能是在发育过程中NPY的作用被其他神经肽所替代。生理试验结果和NPY敲除的试验结果之间的矛盾已引起人们广泛关注，仍期待于进一步解决。
3.2 α-促黑激素(α-melanocyte stimulating hormone，α-MSH)
近些年的研究发现，α-MSH在禽类采食量调节过程中具有重要作用。鸡α-MSH由13个氨基酸残基组成，其序列与哺乳动物的相同(Takeuchi等，1999)。其前体物质是POMC。采用RT-PCR技术的分析结果表明，鸡POMC mRNA表达于脑部、肾上腺、性腺、肾脏、尾脂腺和脂肪组织中(Takeuchi等，1999)，且脑部POMC mRNA主要表达于下丘脑，垂体POMC mRNA主要表达于头叶(Gerets等，2000)。向饥饿3h的肉公雏ICV注射人α-MSH以剂量依赖的方式降低注射后30-120min的采食量，并可抑制NPY对采食量的提高作用(Kawakami等，2000)。α-MSH的采食抑制作用主要通过黑皮质激素受体-4 (Melanocortin receptor-4，MC4R)来实现(Takeuchi和Takahashi，1998)。鸡MC4R由331个氨基酸残基组成，与哺乳动物的序列同源性达86.4-88.1％，主要表达于肾上腺、性腺、脾、脂肪组织和脑部(Takeuchi和Takahashi，1998)。除了α-MSH外，MC4R的内源性配体还有AGRP。研究发现，AGRP是MC4R的拮抗剂，与α-MSH竞争结合MC4R，抑制α-MSH的采食量降低作用，从而达到提高动物采食量的目的(Fong等，1997)。研究发现，ICV注射人AGRP促进了蛋仔鸡采食量，但对肉仔鸡采食量无影响，其原因可能是肉仔鸡与蛋仔鸡的α-MSH表达水平不同(Tachibana等，2001)。
4 有待于进一步研究的问题
禽类采食量的调节机制十分复杂，至今还不是很清楚。现普遍认为，采食量的调节过程(包括外周组织与中枢神经系统之间的互作)蕴含着一系列较为精密的调节机制，是由各个调节因子构成的复杂的网络调节系统。关键调节因子的基因构件了信号整合、传导和代谢途径的调节系统的分子基础。近年来，随着分子生物学技术的发展，新调节因子的不断发现，采食量和能量平衡的调节机理已取得了很大进展，但仍存在诸多难题，尚需更为深入系统的研究。（1）与哺乳动物上的研究结果类似，生长素通过与GH促分泌素受体的作用来刺激鸡GH的释放；但对采食量的影响，鸡和哺乳动物上的结果完全相反。因此，为了正确认识生长素的功能，需深入研究生长素对鸡采食量的调节机制。
（2）禽类采食量的调节系统是个复杂的网络系统，各个调节因子之间存在相互作用。过去人们常侧重于单个调节因子的研究，而对相互关系的研究较少。为了充分认识采食量的调节机制，需要弄清各个调节因子之间错综复杂的关系。
（3）营养物质是影响禽类采食量的重要因素之一，但对其机制至今仍不清楚。充分认识营养物质对采食量的影响机制，将有助于在实际生产中实施对动物采食量的调控。
研究动物采食量的生理调节机理，是有效提高动物采食量，提高动物生长性能的理论基础。充分认识采食量的调节机理，将为实际生产提供重要指导。早在上个世纪50年代，部分研究者就已认识到利用激素抗体改变动物采食量和生产性能的可能性。迄今，利用免疫调控技术来改善或提高动物生产性能已成为一种非常有吸引力的技术措施，CCK卵黄抗体的应用就是一个比较典型的例子。转基因、基因敲除等现代分子技术的发展使人们调控相关基因的表达成为可能。另外，随着分子营养研究的不断深入，通过营养手段调控相关基因表达进而改善动物采食量、提高动物生长性能，同样意义重大。
参 考 文 献（略）
作者简介：黄金秀，女，中国农业科学院畜牧研究所博士研究生，主攻方向家禽营养与饲料科学。
2007年6月
