调控动物采食量的内源因子

1、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

2、聚集激素（melanin-concentrating hormone，MCH）、-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

3、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-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。Mars

4、h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

5、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NPY mRNA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

6、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

7、，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，NPY mRNA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：

8、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1416KD，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

9、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

10、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

11、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1248h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

12、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NPY mRNA的表达。Jang M等（2000）在给小鼠注射瘦素后，发现下丘脑特定区域NPY mRNA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-促黑素细胞激素（-MSH）可以与MCR-4受体结合，进而封闭NPY的作

13、用。瘦素可增加-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

14、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。3.1 Ghrelin 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，Ghrel

15、in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。3.2 Ghrelin 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Ghre

16、lin(des-acyl ghrelin)，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-acyl ghrelin，同样具有重要的调节功能。3.2.1 Ghrelin 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

17、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，从而刺激动物的采食。Ghrelin的诱食作用可被脂肪组织产生的leptin抑制，多数的NPY/AgRP神经元中也表达leptin受体，说明Ghrelin与leptin

18、可能共同作用NPY/AgRP系统来调节动物的采食。i.c.v给药Ghrelin不能诱导GHSR缺乏鼠采食，但却能诱导Orexin缺乏鼠采食，另有研究表明，Ghrelin联合Orexin颉颃剂对小鼠的诱食效果要小于单独使用Ghrelin的效果，结果提示：动物的采食行为部分应由Ghrelin与Orexin共同调节。外在的Ghrelin的采食作用已经很明显，但对内在的Ghrelin过量表达或是表达不足对动物影响的研究相对较少，近期的研究结果表明，内在Ghrelin缺乏小鼠与正常鼠相比并不能影响小鼠采食，而且对其繁殖及其组织学指标、血液指标都没有影响，此结论说明，内在的Ghrelin对小鼠的采食行为并

19、不是至关重要的。3.2.2 des-acyl Ghrelin 与动物的采食des-acyl ghrelin是Ghrelin的另外一种存在形式，Ghrelin能正调节能量平衡，对des-acyl ghrelin作用的认识还不是很清楚。Nogueiras R等研究结果表明，des-acyl ghrelin通过作用下丘脑室旁核及弓状核减少了动物的采食及胃排空率，des-acyl ghrelin调节了厌食神经元(可卡因、安他非明)的表达使转des-acyl ghrelin基因鼠表现出采食量减少、体重减少、胃排空率也下降等现象。由此可以说明与ghrelin相比，des-acyl ghrelin在能量平衡

20、、采食、胃排空等方面表现出与之相反的作用。但Toshinai K研究结果表明，在光照的条件下通过给自由采食的大(小)鼠双侧侧脑室注射des-acyl ghrelin可刺激鼠的采食，并且无论是i.p(腹腔)还是i.c.v(双侧侧脑室)给药des-acyl ghrelin，都不能抑制禁食后鼠的采食，此外des-acyl ghrelin可以使分离的Orexin神经细胞中钙浓度增加，中枢的des-acyl ghrelin能刺激Orexin神经细胞表达，但是不能诱导下丘脑弓状核神经肽Y神经元中Fos的表达。icv给药des-acyl ghrelin能刺激GHS-R缺乏的鼠采食，但是不能使Orexin受体

21、缺乏的鼠采食增加，说明des-acyl ghrelin对鼠的刺激采食作用可能依赖于Orexin的存在。但外周给药des-acyl ghrelin不能影响大(小)鼠的采食。4 黑素皮质素受体（MCR）虽然下丘脑在采食量中起着关键作用，但是其具体信号传递途径仍然是个谜，直到发现黑素皮质素受体（MCR）系统才得到解释。1997年，Huszar等首次运用基因敲除试验证明了MC4R基因缺失的小鼠表现出食欲旺盛、体重增加和肥胖等症状，提出了MC4R是参与调控采食、体重和能量平衡的关键信号物质。MC4R在控制人和鼠采食行为和体重的重要作用阐明，导致了MC4R作为猪重要生产性状候选基因的研究。猪224遗传HE

22、REDITAS(Beijing)卷MC4R基因编码332个氨基酸，定位在1号染色体，与微卫星标记SO3113和S0082紧密连锁。通过序列比较分析，发现了一个无意义突变基因座，并建立了基于TaqI限制性核酸内切酶的PCR-RFLP鉴别猪MC4R基因型方法。通过来自PIC公司5个系商品猪，共1800头分析，显示MC4R基因型与背膘厚、生长率和采食量显著相关，可以作为与肥胖性状相关的候选基因，也可作为人类疾病研究的动物模型。研究证明，MC4R存在两种类型的配体：激活型配体和抑制型配体，激活型配体与MC4R结合可产生抑制采食的细胞信号；抑制型配体与MC4R结合可产生提高食欲的细胞信号。4.1 激活型

23、配体黑素细胞皮质激素（MC）为MCR的主要激活型配体，是-黑素细胞刺激素（-MSH)、-黑素细胞刺激素（-MSH）、-黑素细胞刺激素（-MSH）和促肾上腺皮质激素（ACTH）等相关肽的总称，这些都是POMC基因的不同剪切形式的表达产物，POMC的神经元主要存在于下丘脑的弓状核。MC通过脑内表达的MC3R与MC4R发挥作用。研究发现，通过小鼠侧脑室注入-MSH及其类似物MT-（MC3R和MC4R的强激动剂），可抑制正常空腹或NPY刺激下食欲旺盛小鼠的采食量。侧脑室注射-MSH和MT-也可抑制刺鼠基因相关蛋白（AgRP）过度表达和ob/ob（缺少瘦素）肥胖小鼠的采食量。Yaswen等报道，给POM

24、C缺失的肥胖大鼠模型外源注射-MSH后，大鼠采食量降低，体重逐步减轻。Pierroz等也发现，外源注射-MSH可以减轻由食物诱导形成的肥胖大鼠的体重。同时使用-MSH的颉颃剂SHU9119，则动物的摄食量明显增加。而缺失MC4R基因的小鼠，对-MSH和MT-则无反应，从而证实了内源性-MSH对摄食的调节是经MC4R发挥作用的，但是MT-是-MSH的类似物，Benoit等使用了结构与-MSH完全不同的MC4R特异性激动剂Ro27-3225，发现了大鼠或肥胖型大鼠的采食量和食欲受到抑制，且呈现剂量依赖性，证明了MC4R并非是-MSH专一性受体。Kask等再次研究发现，持续在侧脑室注射MC4R的颉颃

25、剂HSO-14，大鼠采食量显著增加，并且伴随肥胖的出现，充分证明了MC4R在调节食欲中的作用。4.2 抑制性配体研究发现，下丘脑产生的NPY与AgRP表达于弓状核的同一个神经元，是MC4R的抑制性配体，而且可以颉颃-MSH，NPY/AgRP与POMC神经元是下丘脑调节采食量最重要的两类神经元。Mark等对小鸡中枢注射NPY 0.06nmol，发现采食量较对照组显著增加69%，而注射-MSH 0.12nmol，采食量则减少71%；当同时注射NPY 0.06nmol和-MSH 0.12nmol，采食量仍然降低66%。说明-MSH比NPY有更强的调节采食的作用，提示-MSH与MC4R的亲和力很可能比

26、NPY更强。刺鼠蛋白和刺鼠基因相关蛋白是体内两种MCR的抑制性配体，刺鼠蛋白主要表达于皮肤，其受体是MC1R，参与皮肤颜色的调控。刺鼠基因相关蛋白是下丘脑神经元特有的表达产物，且只表达于含NPY的神经元，与NPY共同参与调控动物的食欲和采食行为，是MC4R主要的抑制性配体，与POMC、MC4R形成了下丘脑调控采食量的两条竞争性调控信号途径。5 食欲肽（Orexin）5.1 Orexin 结构及分布Orexin 有2个C-末端乙酰化的单体Orexin A和Orexin B，它们均来自同一基因转录产物前Orexin原。Orexin A为33个氨基酸的多肽，N-端是焦谷氨酰残基，C-端酰胺化，链内有

27、4个半胱氨酸残基，分别由Cys6-Cys12、Cys7-Cys14构成两套链内二硫键(Sakurai等，1998)；Orexin B为28个氨基酸的多肽，其中13个氨基酸与Orexin A一致，且活性相同。前Orexin原mRNA主要在脑内表达。Northern Blot印迹分析人脑内前Orexin原mRNA在下丘脑含量最为丰富，Northern Blot法分析人脑的不同区域(不包括下丘脑)的结果表明，Orexin前体mRNA仅见于丘脑下核，而在人的心脏、胎盘、肺脏、肝脏、骨骼肌肾脏胰脏未能检测到(Baringa，1998，de Lecea 等，1998)；而Orexin系统的2个G蛋白偶联受

28、体OX1R和OX2R的mRNA仅见于脑组织中，这进一步证实了Orexin主要在中枢神经系统中发挥作用的推断。用免疫组化和原位杂交研究大鼠脑发现含Orexin的神经原在下丘脑及底丘脑呈双侧对称分散分布(Sakurai等，1998)。最新研究发现，Orexin也同样存在于环肌黏膜、亚黏膜和肠肌从的神经元中，以及黏膜的神经内分泌细胞中(Naslund等，2002)，表明Orexin可能具有调节肠道运动的功能。研究还发现Orexin mRNA 在小鼠及胎儿的肾上腺中表达，可推测其可能在激素调节和能量平衡中起作用(Randeva 等，2001)。5.2 Orexin 对采食量的调节试验表明，Orexin

29、 A通过延长正常的饱感域而增加采食量，而选择性的Orexin A颉颃剂SB-则会抑制采食量和加速饱感(Rodegers等，2001)。下丘脑中的Orexin mRNA水平因禁食而上升，表明Orexin的释放与食欲的调节相关。Sakurai等(1998)向大鼠脑室内快速灌注Orexin A，Orexin A在1h内产生与剂量依赖的刺激进食的效应。3nmol Orexin A使大鼠进食量增加6倍，而30nmol Orexin A使进食量增加10倍，这种效应持续达4h。人的Orexin B也与其食物消耗密切相关，注射3nmol OrexinB使进食增加5倍，注射30 nmol则增加12倍，但Orex

30、in B作用持续的时间短于Orexin A，其原因可能是Orexin B是一线性的多肽，有一个自由的氨基端，而Orexin A有翻译修正，形成双硫键。这可能也与Orexin A高度亲脂性，可以以单纯扩散方式快速、非饱和性通过血脑屏障，而Orexin B低亲脂性，很快代谢，并不能通过血脑屏障有关(Kastin 和 Akerslrom，1999)。Szekely等(2002)在脑室内注射10nmol的Orexin A，30min后引起小鼠食欲过旺。Dyer等(1999)对断奶1周后的小猪注射Orexin，发现采食量比对照组增加了18%，这表明Orexin能在猪生长的关键时期提高其食欲，特别是在断奶

31、后，可以显著提高猪的生产效率。Sartin等(2001)在绵羊的脑室内注射Orexin B后，也发现绵羊的采食量显著提高。Gorzata等(2002)研究发现，连续注射Orexin 7d后，试验动物的体重显著增加。5.3 Orexin作用的可能机制在下丘脑外侧区表达的Orexins，多聚集于轴突末梢囊泡中，提示它有可能参与神经细胞间信号传递的过程。用根据Orexins B的氨基酸序列合成的肽作用于体外培养10d的大鼠下丘脑神经元，以电压钳记录突触后电位，发现1mol/L肽可引起75%神经元的突触后电位变化频率明显增加。在脑切片中，约1/3被检测的中、外侧下丘脑神经元表现有明显的Orexins敏感性，并证明该肽对突触前、后受体均有较强的作用。下丘脑环路中大多数突触反应与轴突释放-氨基丁酸或谷氨酸盐有关，Orexins直接作用于轴突末梢可增加这两种递质的释放(Kukkonen等，2002)。Orexin A和B在约1/3的下丘脑神经元可引起Ca2+浓度升高，该作用可能与质膜Ca2+通道的开放有关。Orexins的增食效应可被蛋白激酶C(PKC)特异性阻断剂完全阻断，提示Orexins的作用可能是通过G蛋白激活PKC，使Ca