轉：γ-氨基丁酸對豬生產性能及激素水平影響

劉小菲 · 發表于 2010-12-25 20:38:38

γ-氨基丁酸對豬生產性能及激素水平影響
范志勇1; 4; 鄧近平1; 2; 劉國華3; 蔡輝益3; 賀建華1; 吳明夏4; 鄭飛燕4
1.       湖南農業大學動物科技學院  動物營養研究所，長沙  410128
2. 江西農業大學動物科技學院，南昌? 330045
3. 中國農科院飼料研究所，北京  100094;
4.  湖南正虹科技發展股份有限公司博士后工作站，長沙  41001
為探討日糧中添加γ-氨基丁酸對豬的促生長效果及其與生長、攝食及代謝相關激素之間的聯系。試驗選用(34.07±0.01)kg的杜長大三元雜交豬60頭，隨機分到3個處理中，每個處理4個重復，每個重復5頭豬。試驗采用單因子設計，按日糧添加水平設基礎日糧組（0 mg/kg γ-氨基丁酸）、基礎日糧+50mg/kg γ?氨基丁酸和基礎日糧+100mg/kg γ-氨基丁酸3個處理，試驗期28 d。結果表明，γ-氨基丁酸對豬的促生長作用明顯，但隨生長階段和作用劑量不同存在一定差異，主要體現在試驗3~4周，以100mg/kg 的效果較為突出。100mg/kg 組試驗豬第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都明顯超過對照組。日糧中添加γ-氨基丁酸顯著促進了試驗豬體內生長激素（P<0.05）和褪黑素（P<0.05）的分泌，明顯提高了小豬體內促甲狀腺激素水平（P<0.1) ，這也與良好的生產性能吻合，但作用程度隨試驗階段和激素種類不同而存在一定差別。總的看來，日糧中添加γ-氨基丁酸能夠有效改善小豬生產性能，促進生長，但為獲得理想結果必須考慮添加劑量與使用時間。
范志勇鄧近平賀建華沈維軍吳明夏姜潔凌
現代密集飼養條件下，環境應激（主要是高溫、高濕）對母豬產生極大危害，不僅影響母豬對養分的攝取與機體健康，還嚴重降低了母豬的生產性能和飼養效益，給養豬業造成巨大的損失。因此，在母豬的飼養中，高效、安全的綠色環保型母豬專用抗應激添加劑的開發就顯得日益迫切。γ－氨基丁酸（Gamma－amino－butyric acid，GABA）在醫藥與食品工業中已有廣泛應用，是一種廣泛分布于哺乳動物神經中樞的重要神經遞質，除鎮靜、降血壓和抗驚厥等生理作用外，在促進動物生長、調節食欲和抗應激方面表現出良好效果，受到人們愈來愈多的關注。本文著重綜述GABA的基本生物學特性，分析了其抗應激作用及其可能的機制，并探討了GABA在母豬日糧中應用的可行性。
1 GABA及其受體概述
GABA最初是從微生物、植物的代謝產物中發現的，1950年關于哺乳動物腦與視網膜中GABA含量高的報道，提示GABA可能在神經活動中發揮重要作用。作為哺乳動物神經系統的一種重要神經遞質，GABA主要分布于腦內，腦內各部位GABA濃度差別很大，在黑質和蒼白球含量最高，下丘腦次之，其余依次為中腦的上丘、下丘和小腦的尺狀核以及中央灰質，大腦和小腦皮層含量較低，腦的白質含量最低。在脊椎動物的外周自主神經系統中也有GABA的存在，可能作為一種神經遞質或局部激素調節胃腸道的活動和分泌，但我們對其在外周的分布仍然所知甚少[1]。
GABA的釋放可能有兩種機制：神經末梢新合成的GABA不斷自發的漏出到神經元外(這種釋放不需要Ca2+存在)，漏出的GABA有一部分重新被攝入神經末梢(需Na+存在)；當神經沖動到來時，這部分儲存的GABA釋放入突觸間隙，這一過程需Ca2+參與。采用離體腦片技術能從培養液中攝取GABA，在曾經實驗過的幾種氨基酸中，GABA的攝取是最快的。分離出的突觸體也能攝取GABA，而且是高親和力的攝取，可能具有特異性的轉運系統。不過，從神經元釋放出的GABA是否可經再攝取機制而被移除，目前還缺乏明確的證據[2]。
迄今為止，已知的GABA受體主要有A、B、C 3種[3]。其中，GABAA-R是化學門控離子通道類受體,多分布于中樞神經元和外周交感神經元突觸后膜，主要介導突觸后抑制效應。GABAA-R可看作GABA-苯二氮卓-氯離子通道大分子復合體的一部分，這復合體主要有5個結合位點:GABA、苯二氮卓(BD)、巴比妥酸鹽、印防己毒素(Pic)和類固醇。其中氯離子通道貫穿膜結構，GABA結合位點處于直接開啟氯通道的位置，其它結合位點是調制受體對GABA刺激的效應[4]。到目前為止，已經發現的GABAA受體亞單位共有6類19種，包括α1～6、β1～4、γ1～4、δ、ρ1～3和ε。γ2又有2種變型，長型γ2L和短型γ2S。如此眾多的亞單位按照不同的排列組合而形成的GABAA受體的種類是非常驚人的，加之中樞部位不同，存在的受體種類和多寡不同，因此，中樞內GABAA受體的分布情況非常復雜[5]。GABAA受體亞型單位種類雖多，但大多數GABAA受體由至少一種α、β與γ組成，3者的組成比可能是2α2β1γ，其中α亞單位對GABA、受體復合物的組成及功能可能起主要作用[6]。
GABAB受體分布在整個神經系統中，就突觸而言，GABAB受體主要分布在突觸前末梢，也分布在突觸后膜，甚至分布在非突觸部位。GABAB受體是G蛋白藕聯受體，通過激活第二信使及Ca2+和K+離子通道，從而影響細胞膜的離子通透性。GABAB受體激活后與G蛋白藕聯，從而導致cAMP生成增加，然后通過激活蛋白激酶A對靶蛋白產生磷酸化作用，使細胞膜K+通透性增加。此外，還作用于電壓門控Ca2+通道，使Ca2+內流減少，減少興奮性遞質的釋放，起突觸前抑制的作用[7]。
GABAC受體是相對單一形式的配體門控離子通道受體，它僅由一種類型的蛋白亞基構成，從結構上看與GABAA受體的結構極為相似。GABAC受體主要分布在脊椎動物視網膜，當然中樞神經系統也有GABAC受體的存在，特別是海馬。由于受體的藥理學特性很大程度上決定于受體亞基的結構，GABAC受體具有一些不同于GABAA受體的藥理學特性。GABAC受體不被GABAA受體的特異性阻斷劑荷包牡丹堿(bicuculline)所阻斷，也不被固醇類、巴比妥酸等所調制。反過來GABAA受體對GABAC受體的特異性激動劑和拮抗劑也不敏感[7]。
2 GABA的主要生物學作用    2.1 GABA與攝食
GABA調控采食的機制十分復雜，可能存在多種作用形式或作用途徑,目前尚未完全弄清楚。研究顯示,將GABA注入下丘腦腹內側核、視旁核內側部和中縫背核,可使大鼠攝食量大增。Stratford等報道[8],將muscimol（GABAA受體激動劑）和baclofen（GABAB受體激動劑）注入中樞(nucleus accumbens shell,AcbSH)可引起飽食大鼠攝食的顯著增加。兩種藥品在實驗所用劑量上都顯著降低了準備攝食的潛伏期,增加了攝食的持續時間而不影響水的攝入及運動行為。且由muscimol誘導的攝食可被同時注入的bicuculline(GABAA受體拮抗劑)所阻斷,但Saclofen(GABAB受體拮抗劑)則不起任何作用；同樣,baclofen誘導的攝食可被Saclofen抑制,對bicuculline卻不敏感，從而提出GABA的 A受體和B受體可通過兩種不同的機制起到攝食作用。進一步研究發現,隨著內源性GABA局部濃度的增加,試驗動物也表現出了一種緊張性的、劑量依賴性的攝食行為,提示內源性GABA在攝食調控上也發揮了重要作用。另據報道，給予中樞(AcbSH)GABAA受體激動劑(muscimol),室周部位(PA)大部分的食欲素(orexin)神經元被激活,而黑素濃集激素和CART神經元的活性沒有受到影響，表現為弓狀核(ARC)、阿片－促黑素細胞皮質素原（POMC）神經元的活性受到了顯著抑制，而神經肽Y(NPY)神經元的活性則有激活的趨勢[9]。這說明,AcbSH內灌注GABAA受體激動劑提高飽食鼠的攝食效果能被心室所給與NPY Yl和Y5受體的拮抗劑阻斷，所以GABA在AcbSH中促采食的效果可能部分通過激活NPY神經元介導的。
據研究，中樞注射NPY可引起多種動物強烈的攝食行為，定位于下丘腦弓狀核(ARC)及腦干的NPY己被證明可在下丘腦室旁核(PVN)及周圍區域發揮促食功能[10]。形態學及相關實驗表明，NPY既可通過自身也可通過其它增食信號發揮作用。Shuye報道[11]，在ARC產生NPY的一個亞區也產生GABA, NPY和GABA共存的軸突占室旁核（PVN）軸突總量的26%。將一定劑量的GABA的激動劑(muscimol)及NPY分別注入到大鼠的PVN中，都可引起大鼠劑量依賴性的攝食增加，并可被其相應的拮抗劑阻斷，它們各自的拮抗劑對另一方則無任何作用，說明GABA和NPY各自通過不同的機制參與攝食調控。而將同樣劑量的muscimol與NPY共同注入大鼠的PVN中，所引起的攝食反應顯著大于這兩種物質分別注射時各自引起的攝食反應，表明在GABA與NPY調節攝食的機制中，有共同的信號轉導途徑。
此外，在下丘腦弓狀核，GABA能夠和NPY及甘丙肽（GAL）共同表達，同時由于經腦室或者PVN直接給予NPY和MUS，能夠產生協同促采食的作用，所以在PVN和周邊的NPY和GABA共同釋放能夠放大動物的攝食行為[12]。在ARC中NPY和GABA共同表達的神經元能夠調控阿黑皮素原(POMC)神經元的α-促黑色素細胞刺激素(α-MSH)和β-內啡肽（β-END）的釋放，對于其它的抑食欲因子的釋放也可能有一定的影響。由于GABA在中樞神經系統的作用通常是抑制性的，而GABA對于攝食的刺激是興奮性的，這可能與GABA加強了對抑食欲神經元的抑制或者減弱了α-MSH的作用，加強了NPY的作用有關。所以GABA促食欲的一種機制是:在PVN和PA部位，抑制POMC神經元的活性，加強了NPY的作用。
由此可見，NPY、POMC與GABA及其神經元在調控攝食時，彼此之間必然存在密切而復雜的聯系。經研究顯示，GABA神經元與NPY或者NPY神經元的關系主要有以下幾種關系：①在促食欲方面，GABA可以與NPY形成協同作用，如在PVN部位，GABA和NPY聯合經PVN給予，促攝食的程度大于單獨給予GABA或者NPY，這可能是GABA激活了NPY神經元，或者加強了NPY目標部位對于NPY的反應[13]。②NPY能抑制紋狀體對GABA的再吸收，提高紋狀體的GABA濃度；NPY也有抑制GABA釋放的作用，通過不同的NPY受體介導，去抑制NPY神經元對POMC神經元的作用[14]。所以在ARC中的NPY神經元、POMC神經元、GABA神經元之間存在互作關系，這可能是機體保持能量平衡的一個關鍵基礎。
除了在中樞神經系統的復雜調控作用外，GABA還能通過影響消化系統，如胃腸道的物理與化學感受器的敏感性、抑制生長抑素分泌，提高胃泌素水平以及減少中樞神經系統膽囊收縮素（CCK）的釋放等多種作用形式，促進養分的消化吸收，減弱消化道食糜對動物攝食行為的負反饋作用，從而增加采食量[15]。可見，動物食欲的調控是一個極為龐大而復雜的過程，受到機體多層次、多因素的調節，而GABA在此過程中也必然發揮著十分廣泛的作用。
2.2 GABA的生殖生理調控作用
早期的研究發現機體30多種外周組織中均含有GABA，其中以卵巢與輸卵管中的含量最高，超過腦含量的2倍以上提示GABA可能對性腺的生理功能具有調節作用[16]。據研究，GABA能夠通過下丘腦－垂體－性腺軸影響垂體及性腺的生理機能，從而參與生殖激素(如孕酮、促黃體素LH及促乳素PRL)的分泌調節。但是,GABA 對孕酮的生成調節到底通過何種機制,迄今研究得并不清楚。研究表明,GABA能促進孕酮的分泌，呈雙向調節特點,且具有濃度依賴性[16]。其原因可能與大鼠卵巢上主要存在GABAA受體,其作用是雙向的,可以經cAMP酶和氯離子通道介導兩種機制實現有關。利用腺苷酸環化酶激動劑(forskolin) 來增加內源性cAMP濃度, 能促進黃體細胞孕酮的分泌，這提示GABA 對黃體細胞孕酮生成的影響可能與腺苷酸環化酶系統有關。GABA 受體B亞單位膜內有一個依賴cAMP的蛋白酶作用的磷酸化位置, 說明GABA 可能與GABA受體的B亞單位結合，通過腺苷酸環化酶cAMP系統，影響黃體細胞甾體激素的分泌。不過，在GABA作用下黃體細胞羥自由基(•OH )的不斷增多, 導致DNA 斷裂, 隨著自由基在體內累積, 侵襲細胞內的蛋白質、脂類及其膜質使之發生氧化，又會導致孕酮合成減少[17]。
至于LH、GABA 通過下丘腦-垂體-性腺軸系影響卵巢激素的分泌, 并且協同卵巢分泌的甾體類激素影響垂體激素的分泌。Vkalia C研究發現，用雌激素苯甲酸鹽處理切除卵巢的大鼠, 可改變丘腦下部未定層中多巴胺含量和GABA mRNA的表達, 同時刺激LH的分泌[18]。在向未定層中GABA 受體人工注入GABA 制劑, 可抑制LH 的釋放，說明該作用機制可能是通過多巴胺抑制系統來實現的，但孕酮在促進LH 釋放的同時, 也增強了多巴胺的活性，其原因可能與孕酮消除了GABA 對GnRH 的抑制作用有關。但在大腦中多巴胺濃度增加時, GABA mRNA 在未定層的表達并沒有降低, 這提示多巴胺－GABA 相互作用可能發生在轉錄階段。孕酮對LH 正反饋作用降低GABA mRNA 在未定層的表達, 從而誘使GABA 活性降低, 消除了GABA 系統對促性腺激素分泌的抑制作用, 引發LH的釋放和L－DOPA、DO PAC 濃度升高。總的看來，類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釋放量增加，丘腦下部未定層中GABA 對LH 抑制作用可能是通過降低酪氨酸水解酶活性和減少多巴胺的釋放量來實現的。與此同時，孕酮和雌激素能夠去除GABA 對LH 分泌的抑制作用，促進后者的分泌增加。
3 熱應激對母豬的影響及GABA的抗應激作用    3.1 熱應激對母豬的影響
熱應激干擾了妊娠母豬正常的內分泌機能,導致母豬子宮內分泌功能失調,使孕酮和雌二醇分泌失衡,排卵的數量和質量均明顯下降;同時外周血液循環加強,使身體內部的血液供應量減少,影響蛋白質合成，使胚胎營養不足,可能是導致胚胎存活率下降的主要原因[19]。熱應激導致促性腺激素（促黃體素LH和卵泡刺激素FSH）分泌減少,引起輸卵管和陰道的收縮不力和紊亂,影響受精卵的運送和分娩過程，導致死產仔豬數增加[20]。可見,熱應激能降低母豬的受胎率及產仔數,高溫季節與常溫季節相比,可使母豬的受胎率降低7%以上,這種情況在高濕條件下表現更為嚴重。
熱應激特別是高溫、高濕季節對泌乳母豬影響主要表現為采食量下降,引起營養供給不足,過度動用體儲備、體重損失過多,導致泌乳量下降、仔豬增重降低及斷奶－發情間隔延長[21]。據報道,熱應激（28～32 ℃）與適溫條件（18～22 ℃）相比，可使泌乳母豬哺乳期采食量降低40%、泌乳量減少25%、體重損失增加2.6倍，使仔豬增重減少達20%[22]。分析原因，采食量和產奶量降低是泌乳母豬為減少產熱、增加散熱的結果。熱應激時，母豬皮膚血流量增大，進入乳腺的血液減少，合成乳汁所需要的養分相應減少,導致泌乳量降低[23]。
熱應激通過影響泌乳母豬的代謝及內分泌,特別是機體甲狀腺素、皮質醇、血清促黃體生成素和泌乳刺激素的水平，進一步降低泌乳母豬的繁殖性能[21]。研究顯示，炎熱條件下整個泌乳期間母豬體內雌二醇濃度都比適溫低，這與斷奶至再發情的間隔時間延長有關[22]。
3.2 GABA的抗應激作用及其在母豬日糧上應用的可行性
有研究表明，GABA在減輕熱應激動物的基礎代謝、改善其生產性能及對飼料養分的利用效率方面具有良好的效果。韋習會(2004)考察了日糧中添加GABA對生長豬采食量的效果發現，在10 mg/kg與20 mg/kg的添加水平時，試驗豬采食量顯著提高，但達到60 mg/kg時，采食量改善強度有下降趨勢[23]。Fan（2007）的研究也發現，GABA能有效改善生長豬的生產性能，增加采食量，降低料肉比，但作用程度隨試驗階段和激素種類不同而存在一定差別，其原因可能與GABA對豬體內與生長、攝食及機體代謝密切相關激素的有效調控有關[24]。陳忠等(2004)研究發現，GABA能夠降低熱應激雛雞的呼吸頻率,顯著改善料肉比與日增重[25]。這些初步的研究進一步揭示了GABA在抗熱應激上的良好效果以及今后在母豬日糧中應用的可行性。
到目前為止，尚未見到GABA直接應用于母豬，考察其對母豬熱應激的營養調控機理的相關報道。因此，今后在GABA用于減輕熱應激對母豬生產性能與繁殖性狀的損害方面的效果進行研究就顯得十分必要。在此基礎上，進一步闡明GABA對母豬熱應激的營養調控機理，必將為新一代抗熱應激飼料添加劑的研發提供良好的理論基礎，符合國內外對食品安全、飼料安全及畜禽養殖可持續發展的要求。（編輯：王芳，xfang2005@163.com）
范志勇,湖南農業大學動科院動物營養研究所,博士,410128,湖南長沙芙蓉區馬坡嶺湖南農業大學動物營養研究所。
鄧近平、賀建華(通訊作者)、沈維軍，單位及通訊地址同第一作者。
吳明夏、姜潔凌，湖南正虹科技股份有限公司博士后工作站。
★ 湖南省教育廳重點項目——經產母豬繁殖周期各階段的營養調控技術研究（項目編號06A026）；湖南農業大學－正虹科技發展股份有限公司聯合培養博士后科研基金
《動物營養學報》期數:  2007年19卷 04期  頁碼: 39-46 欄目: 飼料營養  出版日期: 2007-08-01