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发表于 2010-12-26 18:55:33
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本帖最后由 刘小菲 于 2010-12-26 18:57 编辑
γ-氨基丁酸对猪生产性能及激素水平影响
范志勇1; 4; 邓近平1; 2; 刘国华3; 蔡辉益3; 贺建华1; 吴明夏4; 郑飞燕4
1. 湖南农业大学动物科技学院 动物营养研究所，长沙 410128
2. 江西农业大学动物科技学院，南昌? 330045
3. 中国农科院饲料研究所，北京 100094;
4. 湖南正虹科技发展股份有限公司博士后工作站，长沙 41001
为探讨日粮中添加γ-氨基丁酸对猪的促生长效果及其与生长、摄食及代谢相关激素之间的联系。试验选用(34.07±0.01)kg的杜长大三元杂交猪60头，随机分到3个处理中，每个处理4个重复，每个重复5头猪。试验采用单因子设计，按日粮添加水平设基础日粮组（0 mg/kg γ-氨基丁酸）、基础日粮+50mg/kg γ氨基丁酸和基础日粮+100mg/kg γ-氨基丁酸3个处理，试验期28 d。结果表明，γ-氨基丁酸对猪的促生长作用明显，但随生长阶段和作用剂量不同存在一定差异，主要体现在试验3~4周，以100mg/kg 的效果较为突出。100mg/kg 组试验猪第3周（P<0.1) 、第4周（P<0.05）及0～4周（P<0.1）的ADG和第4周（P<0.01) 、3～4周（P<0.1）的ADFI以及0～4周（P<0.05）的F/G都明显超过对照组。日粮中添加γ-氨基丁酸显著促进了试验猪体内生长激素（P<0.05）和褪黑素（P<0.05）的分泌，明显提高了小猪体内促甲状腺激素水平（P<0.1) ，这也与良好的生产性能吻合，但作用程度随试验阶段和激素种类不同而存在一定差别。总的看来，日粮中添加γ-氨基丁酸能够有效改善小猪生产性能，促进生长，但为获得理想结果必须考虑添加剂量与使用时间。
范志勇 邓近平 贺建华 沈维军 吴明夏 姜洁凌
现代密集饲养条件下，环境应激（主要是高温、高湿）对母猪产生极大危害，不仅影响母猪对养分的摄取与机体健康，还严重降低了母猪的生产性能和饲养效益，给养猪业造成巨大的损失。因此，在母猪的饲养中，高效、安全的绿色环保型母猪专用抗应激添加剂的开发就显得日益迫切。γ－氨基丁酸（Gamma－amino－butyric acid，GABA）在医药与食品工业中已有广泛应用，是一种广泛分布于哺乳动物神经中枢的重要神经递质，除镇静、降血压和抗惊厥等生理作用外，在促进动物生长、调节食欲和抗应激方面表现出良好效果，受到人们愈来愈多的关注。本文着重综述GABA的基本生物学特性，分析了其抗应激作用及其可能的机制，并探讨了GABA在母猪日粮中应用的可行性。
1 GABA及其受体概述
GABA最初是从微生物、植物的代谢产物中发现的，1950年关于哺乳动物脑与视网膜中GABA含量高的报道，提示GABA可能在神经活动中发挥重要作用。作为哺乳动物神经系统的一种重要神经递质，GABA主要分布于脑内，脑内各部位GABA浓度差别很大，在黑质和苍白球含量最高，下丘脑次之，其余依次为中脑的上丘、下丘和小脑的尺状核以及中央灰质，大脑和小脑皮层含量较低，脑的白质含量最低。在脊椎动物的外周自主神经系统中也有GABA的存在，可能作为一种神经递质或局部激素调节胃肠道的活动和分泌，但我们对其在外周的分布仍然所知甚少[1]。
GABA的释放可能有两种机制：神经末梢新合成的GABA不断自发的漏出到神经元外(这种释放不需要Ca2+存在)，漏出的GABA有一部分重新被摄入神经末梢(需Na+存在)；当神经冲动到来时，这部分储存的GABA释放入突触间隙，这一过程需Ca2+参与。采用离体脑片技术能从培养液中摄取GABA，在曾经实验过的几种氨基酸中，GABA的摄取是最快的。分离出的突触体也能摄取GABA，而且是高亲和力的摄取，可能具有特异性的转运系统。不过，从神经元释放出的GABA是否可经再摄取机制而被移除，目前还缺乏明确的证据[2]。
迄今为止，已知的GABA受体主要有A、B、C 3种[3]。其中，GABAA-R是化学门控离子通道类受体,多分布于中枢神经元和外周交感神经元突触后膜，主要介导突触后抑制效应。GABAA-R可看作GABA-苯二氮卓-氯离子通道大分子复合体的一部分，这复合体主要有5个结合位点:GABA、苯二氮卓(BD)、巴比妥酸盐、印防己毒素(Pic)和类固醇。其中氯离子通道贯穿膜结构，GABA结合位点处于直接开启氯通道的位置，其它结合位点是调制受体对GABA刺激的效应[4]。到目前为止，已经发现的GABAA受体亚单位共有6类19种，包括α1～6、β1～4、γ1～4、δ、ρ1～3和ε。γ2又有2种变型，长型γ2L和短型γ2S。如此众多的亚单位按照不同的排列组合而形成的GABAA受体的种类是非常惊人的，加之中枢部位不同，存在的受体种类和多寡不同，因此，中枢内GABAA受体的分布情况非常复杂[5]。GABAA受体亚型单位种类虽多，但大多数GABAA受体由至少一种α、β与γ组成，3者的组成比可能是2α2β1γ，其中α亚单位对GABA、受体复合物的组成及功能可能起主要作用[6]。
GABAB受体分布在整个神经系统中，就突触而言，GABAB受体主要分布在突触前末梢，也分布在突触后膜，甚至分布在非突触部位。GABAB受体是G蛋白藕联受体，通过激活第二信使及Ca2+和K+离子通道，从而影响细胞膜的离子通透性。GABAB受体激活后与G蛋白藕联，从而导致cAMP生成增加，然后通过激活蛋白激酶A对靶蛋白产生磷酸化作用，使细胞膜K+通透性增加。此外，还作用于电压门控Ca2+通道，使Ca2+内流减少，减少兴奋性递质的释放，起突触前抑制的作用[7]。
GABAC受体是相对单一形式的配体门控离子通道受体，它仅由一种类型的蛋白亚基构成，从结构上看与GABAA受体的结构极为相似。GABAC受体主要分布在脊椎动物视网膜，当然中枢神经系统也有GABAC受体的存在，特别是海马。由于受体的药理学特性很大程度上决定于受体亚基的结构，GABAC受体具有一些不同于GABAA受体的药理学特性。GABAC受体不被GABAA受体的特异性阻断剂荷包牡丹碱(bicuculline)所阻断，也不被固醇类、巴比妥酸等所调制。反过来GABAA受体对GABAC受体的特异性激动剂和拮抗剂也不敏感[7]。
2 GABA的主要生物学作用 2.1 GABA与摄食
GABA调控采食的机制十分复杂，可能存在多种作用形式或作用途径,目前尚未完全弄清楚。研究显示,将GABA注入下丘脑腹内侧核、视旁核内侧部和中缝背核,可使大鼠摄食量大增。Stratford等报道[8],将muscimol（GABAA受体激动剂）和baclofen（GABAB受体激动剂）注入中枢(nucleus accumbens shell,AcbSH)可引起饱食大鼠摄食的显著增加。两种药品在实验所用剂量上都显著降低了准备摄食的潜伏期,增加了摄食的持续时间而不影响水的摄入及运动行为。且由muscimol诱导的摄食可被同时注入的bicuculline(GABAA受体拮抗剂)所阻断,但Saclofen(GABAB受体拮抗剂)则不起任何作用；同样,baclofen诱导的摄食可被Saclofen抑制,对bicuculline却不敏感，从而提出GABA的 A受体和B受体可通过两种不同的机制起到摄食作用。进一步研究发现,随着内源性GABA局部浓度的增加,试验动物也表现出了一种紧张性的、剂量依赖性的摄食行为,提示内源性GABA在摄食调控上也发挥了重要作用。另据报道，给予中枢(AcbSH)GABAA受体激动剂(muscimol),室周部位(PA)大部分的食欲素(orexin)神经元被激活,而黑素浓集激素和CART神经元的活性没有受到影响，表现为弓状核(ARC)、阿片－促黑素细胞皮质素原（POMC）神经元的活性受到了显著抑制，而神经肽Y(NPY)神经元的活性则有激活的趋势[9]。这说明,AcbSH内灌注GABAA受体激动剂提高饱食鼠的摄食效果能被心室所给与NPY Yl和Y5受体的拮抗剂阻断，所以GABA在AcbSH中促采食的效果可能部分通过激活NPY神经元介导的。
据研究，中枢注射NPY可引起多种动物强烈的摄食行为，定位于下丘脑弓状核(ARC)及脑干的NPY己被证明可在下丘脑室旁核(PVN)及周围区域发挥促食功能[10]。形态学及相关实验表明，NPY既可通过自身也可通过其它增食信号发挥作用。Shuye报道[11]，在ARC产生NPY的一个亚区也产生GABA, NPY和GABA共存的轴突占室旁核（PVN）轴突总量的26%。将一定剂量的GABA的激动剂(muscimol)及NPY分别注入到大鼠的PVN中，都可引起大鼠剂量依赖性的摄食增加，并可被其相应的拮抗剂阻断，它们各自的拮抗剂对另一方则无任何作用，说明GABA和NPY各自通过不同的机制参与摄食调控。而将同样剂量的muscimol与NPY共同注入大鼠的PVN中，所引起的摄食反应显著大于这两种物质分别注射时各自引起的摄食反应，表明在GABA与NPY调节摄食的机制中，有共同的信号转导途径。
此外，在下丘脑弓状核，GABA能够和NPY及甘丙肽（GAL）共同表达，同时由于经脑室或者PVN直接给予NPY和MUS，能够产生协同促采食的作用，所以在PVN和周边的NPY和GABA共同释放能够放大动物的摄食行为[12]。在ARC中NPY和GABA共同表达的神经元能够调控阿黑皮素原(POMC)神经元的α-促黑色素细胞刺激素(α-MSH)和β-内啡肽（β-END）的释放，对于其它的抑食欲因子的释放也可能有一定的影响。由于GABA在中枢神经系统的作用通常是抑制性的，而GABA对于摄食的刺激是兴奋性的，这可能与GABA加强了对抑食欲神经元的抑制或者减弱了α-MSH的作用，加强了NPY的作用有关。所以GABA促食欲的一种机制是:在PVN和PA部位，抑制POMC神经元的活性，加强了NPY的作用。
由此可见，NPY、POMC与GABA及其神经元在调控摄食时，彼此之间必然存在密切而复杂的联系。经研究显示，GABA神经元与NPY或者NPY神经元的关系主要有以下几种关系：①在促食欲方面，GABA可以与NPY形成协同作用，如在PVN部位，GABA和NPY联合经PVN给予，促摄食的程度大于单独给予GABA或者NPY，这可能是GABA激活了NPY神经元，或者加强了NPY目标部位对于NPY的反应[13]。②NPY能抑制纹状体对GABA的再吸收，提高纹状体的GABA浓度；NPY也有抑制GABA释放的作用，通过不同的NPY受体介导，去抑制NPY神经元对POMC神经元的作用[14]。所以在ARC中的NPY神经元、POMC神经元、GABA神经元之间存在互作关系，这可能是机体保持能量平衡的一个关键基础。
除了在中枢神经系统的复杂调控作用外，GABA还能通过影响消化系统，如胃肠道的物理与化学感受器的敏感性、抑制生长抑素分泌，提高胃泌素水平以及减少中枢神经系统胆囊收缩素（CCK）的释放等多种作用形式，促进养分的消化吸收，减弱消化道食糜对动物摄食行为的负反馈作用，从而增加采食量[15]。可见，动物食欲的调控是一个极为庞大而复杂的过程，受到机体多层次、多因素的调节，而GABA在此过程中也必然发挥着十分广泛的作用。
2.2 GABA的生殖生理调控作用
早期的研究发现机体30多种外周组织中均含有GABA，其中以卵巢与输卵管中的含量最高，超过脑含量的2倍以上提示GABA可能对性腺的生理功能具有调节作用[16]。据研究，GABA能够通过下丘脑－垂体－性腺轴影响垂体及性腺的生理机能，从而参与生殖激素(如孕酮、促黄体素LH及促乳素PRL)的分泌调节。但是,GABA 对孕酮的生成调节到底通过何种机制,迄今研究得并不清楚。研究表明,GABA能促进孕酮的分泌，呈双向调节特点,且具有浓度依赖性[16]。其原因可能与大鼠卵巢上主要存在GABAA受体,其作用是双向的,可以经cAMP酶和氯离子通道介导两种机制实现有关。利用腺苷酸环化酶激动剂(forskolin) 来增加内源性cAMP浓度, 能促进黄体细胞孕酮的分泌，这提示GABA 对黄体细胞孕酮生成的影响可能与腺苷酸环化酶系统有关。GABA 受体B亚单位膜内有一个依赖cAMP的蛋白酶作用的磷酸化位置, 说明GABA 可能与GABA受体的B亚单位结合，通过腺苷酸环化酶cAMP系统，影响黄体细胞甾体激素的分泌。不过，在GABA作用下黄体细胞羟自由基(•OH )的不断增多, 导致DNA 断裂, 随着自由基在体内累积, 侵袭细胞内的蛋白质、脂类及其膜质使之发生氧化，又会导致孕酮合成减少[17]。
至于LH、GABA 通过下丘脑-垂体-性腺轴系影响卵巢激素的分泌, 并且协同卵巢分泌的甾体类激素影响垂体激素的分泌。Vkalia C研究发现，用雌激素苯甲酸盐处理切除卵巢的大鼠, 可改变丘脑下部未定层中多巴胺含量和GABA mRNA的表达, 同时刺激LH的分泌[18]。在向未定层中GABA 受体人工注入GABA 制剂, 可抑制LH 的释放，说明该作用机制可能是通过多巴胺抑制系统来实现的，但孕酮在促进LH 释放的同时, 也增强了多巴胺的活性，其原因可能与孕酮消除了GABA 对GnRH 的抑制作用有关。但在大脑中多巴胺浓度增加时, GABA mRNA 在未定层的表达并没有降低, 这提示多巴胺－GABA 相互作用可能发生在转录阶段。孕酮对LH 正反馈作用降低GABA mRNA 在未定层的表达, 从而诱使GABA 活性降低, 消除了GABA 系统对促性腺激素分泌的抑制作用, 引发LH的释放和L－DOPA、DO PAC 浓度升高。总的看来，类固醇激素刺激多巴胺活性, 孕酮又刺激了酪氨酸水解酶活性使多巴胺释放量增加，丘脑下部未定层中GABA 对LH 抑制作用可能是通过降低酪氨酸水解酶活性和减少多巴胺的释放量来实现的。与此同时，孕酮和雌激素能够去除GABA 对LH 分泌的抑制作用，促进后者的分泌增加。
3 热应激对母猪的影响及GABA的抗应激作用 3.1 热应激对母猪的影响
热应激干扰了妊娠母猪正常的内分泌机能,导致母猪子宫内分泌功能失调,使孕酮和雌二醇分泌失衡,排卵的数量和质量均明显下降;同时外周血液循环加强,使身体内部的血液供应量减少,影响蛋白质合成，使胚胎营养不足,可能是导致胚胎存活率下降的主要原因[19]。热应激导致促性腺激素（促黄体素LH和卵泡刺激素FSH）分泌减少,引起输卵管和阴道的收缩不力和紊乱,影响受精卵的运送和分娩过程，导致死产仔猪数增加[20]。可见,热应激能降低母猪的受胎率及产仔数,高温季节与常温季节相比,可使母猪的受胎率降低7%以上,这种情况在高湿条件下表现更为严重。
热应激特别是高温、高湿季节对泌乳母猪影响主要表现为采食量下降,引起营养供给不足,过度动用体储备、体重损失过多,导致泌乳量下降、仔猪增重降低及断奶－发情间隔延长[21]。据报道,热应激（28～32 ℃）与适温条件（18～22 ℃）相比，可使泌乳母猪哺乳期采食量降低40%、泌乳量减少25%、体重损失增加2.6倍，使仔猪增重减少达20%[22]。分析原因，采食量和产奶量降低是泌乳母猪为减少产热、增加散热的结果。热应激时，母猪皮肤血流量增大，进入乳腺的血液减少，合成乳汁所需要的养分相应减少,导致泌乳量降低[23]。
热应激通过影响泌乳母猪的代谢及内分泌,特别是机体甲状腺素、皮质醇、血清促黄体生成素和泌乳刺激素的水平，进一步降低泌乳母猪的繁殖性能[21]。研究显示，炎热条件下整个泌乳期间母猪体内雌二醇浓度都比适温低，这与断奶至再发情的间隔时间延长有关[22]。
3.2 GABA的抗应激作用及其在母猪日粮上应用的可行性
有研究表明，GABA在减轻热应激动物的基础代谢、改善其生产性能及对饲料养分的利用效率方面具有良好的效果。韦习会(2004)考察了日粮中添加GABA对生长猪采食量的效果发现，在10 mg/kg与20 mg/kg的添加水平时，试验猪采食量显著提高，但达到60 mg/kg时，采食量改善强度有下降趋势[23]。Fan（2007）的研究也发现，GABA能有效改善生长猪的生产性能，增加采食量，降低料肉比，但作用程度随试验阶段和激素种类不同而存在一定差别，其原因可能与GABA对猪体内与生长、摄食及机体代谢密切相关激素的有效调控有关[24]。陈忠等(2004)研究发现，GABA能够降低热应激雏鸡的呼吸频率,显著改善料肉比与日增重[25]。这些初步的研究进一步揭示了GABA在抗热应激上的良好效果以及今后在母猪日粮中应用的可行性。
到目前为止，尚未见到GABA直接应用于母猪，考察其对母猪热应激的营养调控机理的相关报道。因此，今后在GABA用于减轻热应激对母猪生产性能与繁殖性状的损害方面的效果进行研究就显得十分必要。在此基础上，进一步阐明GABA对母猪热应激的营养调控机理，必将为新一代抗热应激饲料添加剂的研发提供良好的理论基础，符合国内外对食品安全、饲料安全及畜禽养殖可持续发展的要求。（编辑：王 芳，xfang2005@163.com）
范志勇,湖南农业大学动科院动物营养研究所,博士,410128,湖南长沙芙蓉区马坡岭湖南农业大学动物营养研究所。
邓近平、贺建华(通讯作者)、沈维军，单位及通讯地址同第一作者。
吴明夏、姜洁凌，湖南正虹科技股份有限公司博士后工作站。
★ 湖南省教育厅重点项目——经产母猪繁殖周期各阶段的营养调控技术研究（项目编号06A026）；湖南农业大学－正虹科技发展股份有限公司联合培养博士后科研基金
《动物营养学报》 期数: 2007年19卷 04期 页码: 39-46 栏目: 饲料营养 出版日期: 2007-08-01
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