动物食欲调控的神经生理学探讨

ztjun518 · 发表于 2007-8-24 13:36:00

动物食欲调控的神经生理学探讨
作者:于继英　李雷斌期号：2005年第7期



1 动物摄食行为的神经内分泌调节
影响食物摄取的因素有非生理因素（环境等）、生理因素（感觉刺激、胃肠信号、循环因子和化学信号）等（B.A.鲍曼，R.M.拉塞尔［1］）。神经生理学研究表明，下丘脑既是动物的皮质植物性中枢，也是神经内分泌的中心，并与边缘系统有密切联系。下丘脑将调节内脏活动与其它生理活动联系起来，既是动物的体温调节中枢、摄食与饱食中枢、水平衡调节中枢，也管理机体的内分泌、情绪反应、生物节律等重要生理过程（姚泰［2］）。
1．1 下丘脑
如维持体温恒定一样，下丘脑中枢也通过对动物摄食行为的调节以维持动物的体重和体脂的相对恒定。通过内分泌与神经调节，在食物供给充足且营养均衡、不良应激小的条件下，成年动物一般可长期维持相对稳定的体重和身体组成，每天的采食量也变化不大，幼龄动物则维持其种属的对应阶段的采食量和生长速度。
下丘脑是控制采食的初级整合系统，对采食起关键作用，脑的其他部分参与采食的整合，起补充作用。食物及其他物质引起视觉、嗅觉、味觉、综合触觉等刺激，食物、食糜等刺激胃肠道、血管、肝脏等机械、容积、化学、温度、渗透压等感受器，通过不同的传入途径，到达下丘脑，兴奋或抑制摄食中枢，连动饱食中枢的活动，与大脑的其他相连中枢形成综合指令，将冲动传出，同时结合下丘脑因此对垂体分泌活动影响而引发的系列激素调节活动，形成摄食行为的整体生命现象（图1）。

　　动物摄食中枢位于下丘脑左右两侧的外侧区，呈弥散性，与脑的其他部位有神经联系，饱食中枢位于下丘脑两侧的腹内侧核。平时摄食中枢呈持续兴奋状态，当动物采食时，其采食动作与食物在消化道内的消化、代谢等刺激饱食中枢，饱食中枢兴奋则抑制摄食中枢，导致停止采食。摄食中枢与饱食中枢的神经元活动具有相互制约的关系，饱食中枢抑制摄食中枢活动。
　　下丘脑的一些神经分泌细胞能分泌各种促垂体激素，通过促进或抑制某种腺垂体激素的分泌而对机体的各种生命活动进行调节。下丘脑内的监察细胞在不同区域能感受不同激素浓度的变化，通过反馈，调节神经激素的分泌，以维持机体内环境恒定。
1．2 胃肠道
　　胃肠道是采食调节的外感受器。家禽的化学恒定机制认为，葡萄糖、脂肪酸、肽、氨基酸、维生素、矿物质等养分物质，在消化道吸收和在血液中出现时，刺激相对应部位的受体，构成一系列原始信号，冲动传达至下丘脑的饱感中枢，增强其兴奋而抑制摄食（Peter R.Ferket和Abel G.Genat，［4］）。
饱食中枢的神经核团细胞存在对葡萄糖敏感的受体，血糖可通过血脑屏障直接作用于饱食中枢，血糖水平升高，饱食中枢神经元兴奋，通过抑制摄食中枢神经元而抑制摄食，导致摄食下降；反之，动物体内血糖浓度降低，导致摄食增加。血糖是单胃动物采食的短期调节的因素。
1．3 杏仁核
杏仁核的活动与情绪反应有较密切的关系，除了能影响防御反应外，也能影响摄食行为（顾晓松［3］）。杏仁核基底外侧核群和下丘脑外侧区摄食中枢的神经元自放发电呈相互制约的关系，即当一个放电增加，则另一个放电就减少。杏仁核皮层内侧核群经终纹与下丘脑腹内侧核有联系，并有抑制腹内侧核神经元活动的作用，即抑制防御反应机制，饱食中枢抑制，摄食不受抑制；基底外侧核群经腹侧杏仁传出系统也与腹内侧核有联系，并能促进腹内侧核神经元活动，强化防御反应机制，兴奋饱食中枢，导致摄食抑制。
2　几种食欲调节肽
在下丘脑的摄食中枢，富含瘦素leptin、NPY神经肽Y等的神经元，在饱食中枢，富含增食欲素的神经元，瘦素具有降低食欲的作用，增食欲素等具有增食作用。
2．1 增食欲素A(Orexin A)和增食欲素B（Orexin B）
　　均来自同一前体增食欲素元。人脑内前增食欲元的mRNA在下丘脑含量最丰富，在下丘脑及底丘脑呈双侧对称分散分布，并广泛分布于间脑和脑干，增食欲素同样存在于胃肠ENS神经元、黏膜的神经内分泌细胞中。增食欲素的受体为OX1R、OX2R，下丘脑腹内侧核OX1R之mRNA含量最高，室旁核则以OX2R之mRNA为主，并在海马结构、大脑皮层等表达。增食欲素及其受体也广泛存在于嗅觉系统，它们还定位于垂体（谭雪梅、陈代文等［5］；崔志英，江清艳［7］）。
增食欲素具有调节摄食及其他生理作用。增食欲素A通过降低血糖和减缓胃的扩张收缩，推迟下丘脑的饱感信息的产生，使正常的饱感域增加，提高动物采食。
下丘脑外侧的增食欲素神经元末端与弓状核中的NPY神经元存在突触联系，弓状核中NPY释放增加，刺激下丘脑侧面促黄体激素LH的分泌，调节摄食中枢，摄食增加。增食欲素神经元上也有瘦素受体表达，这表明，弓状核中的NPY有可能通过增食欲素的介导直接作用于下丘脑的侧面，通过促垂体激素作用来调节摄食种中枢。同时，增食欲素可调节内分泌，促进促肾上腺皮质激素ACTH的分泌，调节垂体腺的分泌，并使血中胰岛素水平上升，导致瘦素水平上升。瘦素、NPY、增食欲素相互联系构成一个调节网络，影响代谢和内分泌调控。
增食欲素在摄食调控中的生物功能作用表现仅为促进采食和刺激胃酸分泌等少数功能。
2．2 瘦素
瘦素是动物ob基因的表达产物，ob基因的表达只有成熟的脂肪细胞才有。ob基因的RNA分布于大网膜、后腹膜、肠系膜、皮下组织，尤以皮下脂肪组织最多。机体脂肪组织增加，ob之mRNA表达上升，瘦素从脂肪中释放出来，血液中瘦素浓度上升，瘦素由特殊的转运系统转运通过血脑屏障进入大脑，大脑中的瘦素进入脑脊髓，随脑脊髓流入第三脑室，通过室管膜层扩散入下丘脑，与下丘脑室旁核、弓形核上的瘦素受体结合，从而发挥下丘脑的神经及内分泌调控作用（万文菊、侯水生等，2004［6］）。
瘦素受体存在于下丘脑的室旁核、弓状核上，且瘦素受体的mRNA主要在下丘脑的弓状核浓集分布。目前的研究认为，瘦素可能通过下丘脑弓状核的功能来调节食欲、体重、能耗和性成熟。弓状核的NPY可能是食物摄取和动物生殖功能的调节因子。当瘦素在血中达一定水平时可抑制NPY，从而解除了NPY对GnRH神经元活性的抑制，促使性成熟和生殖功能的发育。
瘦素在大脑通过间接或直接抑制NPY的释放而发生作用，通过下丘脑机制对GH分泌调控；瘦素在肝脏能促进肝脏葡萄糖的合成；瘦素在血液中作为脂肪―胰岛素内分泌轴的一部分，通过抑制胰岛素mRNA的表达，抑制胰岛素分泌，从而降低血中胰岛素水平，反过来，胰岛素可刺激瘦素的分泌，胰岛素、脂肪组织细胞、瘦素形成一个双反馈机制（图2）。刺激下丘脑腹中核，则抑制胰岛素分泌，而加强胰升血糖素的分泌，食欲减退。
　　糖皮质激素可促进瘦素的分泌，瘦素对糖皮质激素又有抑制作用。甲状腺素与瘦素作用呈负相关。瘦素通过抑制食欲、增加能耗、抑制脂肪合成三条途径降低体脂，从而减轻体重。瘦素作用机制与其他能量调控机制相互作用，维持机体能量代谢正常水平。瘦素在代谢水平、神经内分泌、生长过程线上起重要作用。

2．3 NPY
NPY的神经原胞体以下丘脑、海马、尾状核最多，通过下丘脑―垂体束神经递质途径，广泛分布于交感神经节细胞和心脏、肝脏、脾脏中，参与大脑皮质的感觉信号的传递和自主功能的调节，表现下丘脑中枢作用及垂体内分泌调控作用。
在下丘脑，NPY在弓状核合成，通过轴突输送到室旁核，经室旁核分泌而参与摄食的调节［6］。NPY的分泌起抑制产热、刺激进食、中枢血管压调节作用。
NPY在哺乳动物的嗅上皮柱旁细胞也合成，参与成年动物的神经原前体细胞的增生。
在外周，NPY经常与去甲肾上腺素共存于交感神经末梢，对血液循环有升压作用。交感神经、副交感神经兴奋时释放NPY，尤以迷走作用为强，因此，NPY释放通过抑制胃肠道平滑肌收缩和电解质的分泌，对胃肠道感觉、运动、分泌、吸收起抑制作用，并与下丘脑的摄食中枢连动，调控机体摄食行为。
NPY也是一种应激激素，交感―肾上腺髓质兴奋，NPY随NA一起由神经末梢释放，在结肠内浓度升高，在血浆中浓度下降，产生腹泻、食欲下降等生理反应。
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，胰岛的内分泌细胞中也具有NPY的阳性细胞和NPY的mRNA表达，提示NPY既可通过神经内分泌、也可通过旁分泌和自分泌调节胰岛素的分泌。NPY也可影响促性腺激素释放激素和黄体生成素的分泌，提示通过调控NPY可影响动物的繁殖行为。NPY神经元与生长抑制神经元的分布有许多重叠区，但NPY参与生长激素分泌的确切机制尚不太清楚。
瘦素、NPY、增食欲素均作用于下丘脑，瘦素与增食欲素均通过NPY途径对动物摄食起作用，但两者作用完全相反。
2．4 胆囊收缩素CCK
CCK与胃泌素结构相似，通过受体发挥作用。CCK受体广泛分布于脑组织中和外周组织中，CCK存在多种分子形式，以CCK-8和CCK-33为主要生理形式，CCK-8主要由大脑生成，CCK-12、CCK-33等较大分子由十二指肠和空肠细胞的黏膜I细胞分泌。
在肠道中，CCK释放是通过反馈回路形成的，引起CCK释放的主要因素是十二指肠中的脂肪水解产物与蛋白质水解产物，营养脂肪是强大的内源性CCK释放的刺激物。CCK是食物营养物质消化及消化系统活动相关的物质，胰腺分泌的胰蛋白酶反馈性地抑制了CCK的释放，组胺也抑制其释放（李亚峰，［9］）。
CCK分泌增加，促进收缩胆囊和刺激胰酶的分泌，胰酶活性增强，并刺激胃肠肌肉的活动，促进远端十二指肠和空肠的蠕动，促进胃酸、胰液分泌，使胃肠容积增大，通过刺激胃肠感受器等抑制动物摄食行为。
在脑组织中，CCK受体主要分布在大脑皮质，以嗅叶且尾核最多；胰腺和胆囊是CCK在胃肠道中的主要靶器官，其中胰腺中CCK受体含量为脑中的30倍，CCK受体存在于整个胃肠道。与NPY、增食欲素不同的是，CCK被认为与动物饱足感有关［2］，是一种典型的脑－肠肽物质。
在现代畜牧生产中，相对于遗传育种的发展，畜禽的主动采食量很可能跟不上动物畜禽的最佳生产营养要求，而成为畜禽达到最佳生产性能的限制因子之一（Rex Walters，［10］）。当对食物本身的摄食刺激的研究及应用仍不能满足商业的需求时，人们开始关注某些分子物质对动物摄食及营养素在体内分布沉积的调节功能，食欲调节肽类对摄食行为作用朝着人们所预期的方向发展，是否可以理解为，是因为它使得机体的生产性能更接近其遗传性能。但任何一种刺激的作用都将是有限的，机体最终也将适应这种刺激，动物的种属性，包括其体重、体脂、身体组成、阶段与整体生长速度，等等，始终维持其相应的稳态，不是通过在食物中增加几种物质就能改变的，任何一种物质的供给量过与不足，均对机体不利。

参考文献
1 [美]B.A.鲍曼，R.M.拉塞尔主编，《Present Konwledge in Nutrtion》（第11版），荫士安、汪之顼主译，化学工业出版社，《现代营养学》第8译版，2004
2 姚泰主编，《生理学》第6版，人民卫生出版社，2004
3 顾晓松主编，《人体解剖学》，科学出版社，2004
4　Peter R.Ferket和Abel G.Genat.Feed Intake. Poultry USA,Aug,2003,14～29
5 谭雪梅,陈代文,羊云飞.增食欲素及其生理功能，中国饲料，2004年第14期，2～4，7
6 万文菊,侯水生,王纪亭.脂肪沉积的神经与营养调节，中国畜牧兽医，2004年第31卷第2期，6～8
7 崔志英，江清艳.食欲素（Orexin）及其受体（OXR）的特点及功能，饲料博览，2004年第3期，7～9
8 李奎,许梓荣,冯杰.增食因子研究进展，中国饲料，2004年第1期，7～9
9 李亚峰.胆囊收缩素及其受体的特点和分布，上海畜牧兽医通讯，2004年第2期，4～5
10 Rex Walters.How important is feed intake Pig International,2003,Vol.33,No6,27～30