酪酪肽生理功能及其在哺乳母豬養(yǎng)殖中的應用前景

歐榮娣 陳永輝 沈維軍 宋洪國 楊丹丹 周定剛范志勇*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學動物營養(yǎng)研究所,長沙410128;2.四川農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院,雅安 625014）

以瘦肉型為育種目標培育的現(xiàn)代母豬在保持高產(chǎn)的同時,越來越受到采食量下降導致母豬營養(yǎng)狀況及仔豬生產(chǎn)性能下降的困擾,嚴重降低了母豬的健康和飼養(yǎng)效益,因此受到越來越多地關(guān)注。下丘腦是調(diào)節(jié)飲食和能量平衡的中樞,由其輻射而成的“食欲調(diào)節(jié)網(wǎng)絡”（ARN）是一個相互協(xié)同作用、相互影響的精細調(diào)節(jié)環(huán)路。ARN通過多種信息分子,特別是胃腸道分泌的促進采食因子與抑制采食因子及其受體系統(tǒng)共同調(diào)節(jié)攝食行為,實現(xiàn)對機體攝食的有效調(diào)控[1]。在眾多的食欲負反饋調(diào)節(jié)因子中,酪酪肽（peptide tyrosine-tyrosine,PYY）作為一類胃腸道衍生激素,不僅能使機體產(chǎn)生飽覺、降低攝食和體重,而且還對胃腸道蠕動和分泌等均有重要調(diào)節(jié)作用,其作用機制復雜,涉及范圍廣泛,成為受人關(guān)注的一類新型食欲調(diào)控因子[2]。本文主要就PYY的主要生物學特性和生理功能進行綜述,并展望了其在哺乳母豬養(yǎng)殖中的應用前景。

1 PYY的生物學特性和生理功能

1.1PYY及其受體

PYY屬胰多肽家族,最初由Tatem oto[2]從豬空腸黏膜中分離而得,是一種具有酰胺化羧基末端的直鏈多肽,與胰多肽（PP）和神經(jīng)肽Y（NPY）具有較高的序列同源性。PYY由36個氨基酸縮合而成,氨基和羧基末端的氨基酸殘基均為酪氨酸,故此得名。其中,人與狗、豬的PYY在2個位點上不同,即在第3個位點上由丙氨酸取代異亮氨酸,第18位點上由絲氨酸取代天門冬氨酸,即PYY1-36和PYY3-36,所以在循環(huán)系統(tǒng)中,PYY以PYY1-36和PYY3-36 2種形式存在,但前者活性遠高于后者[3]。PYY在消化道的分布與膽囊收縮素等多數(shù)胃腸激素存在很大差異,含有PYY免疫活性物質(zhì)的黏膜層開放型內(nèi)分泌細胞主要集中在遠端消化道（回腸末端、結(jié)腸和直腸）,在近端消化道（胃、十二指腸、空腸）及胰腺中幾乎不存在[4]。PYY在胃腸道組織中的濃度變化幅度很大,從胃到腸,PYY的濃度從胃部的不足3.4 pmol/g可以增加到回腸末端的100.0 pmol/g,但這種濃度的變化僅存在于腸道的黏膜中,在結(jié)腸的肌肉層中沒有發(fā)現(xiàn)PYY存在的證據(jù)[5]。

PYY的受體是指一類由G蛋白偶聯(lián)經(jīng)過7次跨膜的受體家族,目前已發(fā)現(xiàn)的哺乳動物體內(nèi)主要受體種類有6種亞型（Y1、Y2、Y 3、Y4、Y5和Y 6）,以及在魚類和雞體內(nèi)發(fā)現(xiàn)存在的第7種受體Y7[6]。Y4受體的主要特征是與PP有極高的親和力[7];Y1受體和Y 2受體是通過與具有親和性的類似物取代一級序列特定片段后的功能變化同時結(jié)合C末端碎片來鑒別的;Y6受體已經(jīng)被克隆,但其生理學的意義仍未被闡明,且關(guān)于它的生物活性仍有爭論[8]。有關(guān)Y3存在的證據(jù)僅基于功能上的研究,因為許多試驗中發(fā)現(xiàn)NPY比PYY的活性高[7]。因此,各種亞型受體根據(jù)與PP、NPY及PYY的親和力不同,其性質(zhì)、分布及生理功能都存在較大差異。

1.2 PYY及其受體對攝食的調(diào)節(jié)

據(jù)報道,PYY3-36能降低食欲并加速體重下降,外周注射PYY3-36（PYY在循環(huán)血液中的主要形式）能強烈降低短尾猴食欲,減少小白鼠、兔和獼猴攝食量及體重增加指數(shù),抑制肥胖患者能量攝入,其作用效果與采食量的減少存在劑量依賴關(guān)系[9]。根據(jù)禁食和自由采食的嚙齒類動物體內(nèi)的PYY濃度在攝食前下降而攝食后增加的現(xiàn)象說明,PYY是一個調(diào)節(jié)攝食的飽覺信號,而迷走傳入神經(jīng)系統(tǒng)可能是PYY3-36飽覺信號傳輸?shù)闹饕緩絒10]。研究發(fā)現(xiàn),外周注射PYY3-36不僅可以減少弓狀核的神經(jīng)刺激,還能抑制下丘腦內(nèi)的NPY mRNA的表達,而直接在弓狀核內(nèi)注射PYY3-36甚至可以降低NPY能神經(jīng)纖維的電活動現(xiàn)象[11]。據(jù)報道,靜脈注射PYY3-36能提高胃部迷走傳入神經(jīng)的刺激頻率,但在兩側(cè)中腦到孤束核進行橫切手術(shù)能阻斷PYY3-36誘導的攝食減少。這說明,在經(jīng)腹部迷走神經(jīng)切斷術(shù)的大鼠體內(nèi)注射PYY3-36對攝食量或弓狀核內(nèi)激活的神經(jīng)元數(shù)目的作用不明顯。大鼠體內(nèi)的Y 2受體是經(jīng)過結(jié)狀神經(jīng)節(jié)的整合,然后經(jīng)軸突轉(zhuǎn)運到達迷走傳入神經(jīng)終端,而外周的PYY3-36是經(jīng)過和迷走傳入神經(jīng)終端的Y 2受體結(jié)合后再將飽覺信號經(jīng)迷走神經(jīng)的傳入途徑到達腦部發(fā)揮效應的[12]。研究證實,機體進食后數(shù)小時內(nèi)胃腸道分泌的PYY3-36可以穿過血腦屏障進入下丘腦弓狀核,通過Y2受體在抑制促食因子NPY和刺豚鼠相關(guān)蛋白分泌的同時刺激α-促黑色素細胞激素（α-MSH）前體,即阿片-促黑素細胞皮質(zhì)素原（POMC）產(chǎn)生抑食肽類,進而發(fā)揮生物學作用[10]。如果將PYY受體Y2剔除后,外周注射PYY3-36并沒有引起攝食量的減少,但是將下丘腦Y2受體剔除后卻發(fā)現(xiàn)體重顯著減少而攝食量有所增加,這就充分肯定了PYY3-36是通過Y 2受體途徑發(fā)揮抑食作用的[13]。這是否提示NPY介導的γ-氨基丁酸的攝食調(diào)控作用與PYY的Y2受體相關(guān),有待進一步探索,其結(jié)果對弄清楚PYY受體在調(diào)節(jié)哺乳母豬攝食中的獨特作用具有重要意義[14]。

值得注意的是,在小鼠腦室內(nèi)敲除Y1和Y 5受體后PYY的促進攝食的作用明顯下降,提示Y1和Y5受體在經(jīng)中樞而增加攝食的途徑中也發(fā)揮著重要的作用[15]。然而,從已有文獻來看,以畜禽（如哺乳母豬）為動物模型研究PYY與其他負反饋調(diào)節(jié)因子在攝食調(diào)節(jié)過程中的聯(lián)系和信號傳導方面的研究目前還很缺乏,特別是對PYY及其受體在哺乳母豬體內(nèi)的代謝規(guī)律及其與攝食調(diào)節(jié)之間聯(lián)系方面的研究,國內(nèi)基本屬于空白。對此進行有針對性的研究有利于闡明PYY在攝食調(diào)節(jié)過程中與其受體的相互作用以及其與其他相關(guān)攝食調(diào)節(jié)因子的聯(lián)系,這對完善ARN理論有著十分重要的意義。

1.3 PYY對消化道功能的調(diào)節(jié)

1.3.1 PYY對胃腸道功能的調(diào)節(jié)

PYY能延遲人體胃排空和食物從口腔到盲腸的通過時間,明顯降低空腸的壓力波幅度。PYY被認為能調(diào)節(jié)消化道的“回腸制動”（ileal perstalsis inhibition）,即營養(yǎng)物質(zhì)進入回腸末端后可以引起上消化道動力和運輸?shù)囊种菩苑磻?但這種作用有時也是造成腸梗阻的重要原因。在全腸外營養(yǎng)條件下,對基因敲除的大鼠靜脈灌注PYY可以顯著促進小腸廣泛切除后殘留組織生長,隱窩深度與絨毛長度比值增加[16]。研究認為,PYY能通過5-羥色胺途徑或阿片肽受體途徑減慢腸道蠕動,同時這種對空腸和結(jié)腸的運動的抑制以及腸道內(nèi)的血管收縮說明PYY對胃腸道分泌和運動能力抑制作用至少有一部分被內(nèi)臟系統(tǒng)調(diào)節(jié)[17]。Kawakubo等[18]證實,PYY對胃腸道的影響是通過迷走神經(jīng)和和Y1受體起作用的,表現(xiàn)在靜脈注射麻醉大鼠PYY能明顯減少酒精引起的胃損傷,其作用可被靜脈注射大鼠PYY抗體完全阻止;然而采用腦池注射途徑后,該抗體只能阻止腦池內(nèi)PYY對酒精損傷的胃腸道的保護作用,但對由靜脈注射的PYY無作用。PYY對胃酸的分泌也具有較大的影響。據(jù)報道,在貓、兔和大鼠身上發(fā)現(xiàn)PYY可以抑制由五肽胃泌素、膽堿能激動劑、刺激迷走神經(jīng)和組織胺所引起的胃酸分泌以及胃蛋白酶的含量增加,不過這種作用實際上是通過抑制乙酰膽堿的釋放,終止動物胃酸分泌的頭期,削弱其對外源性促分泌激素反應造成的[19]。目前可以肯定的是,PYY以中樞調(diào)質(zhì)形式發(fā)揮作用,其對胃酸的分泌的抑制絕大部分是通過胃底部的迷走神經(jīng)來實現(xiàn)的,外周注射PYY是通過在腦部與Y2受體結(jié)合來抑制由中樞迷走神經(jīng)刺激的胃酸分泌,從而達到對胃酸分泌的調(diào)節(jié)。

1.3.2 PYY對胰島素分泌的調(diào)節(jié)

在對PYY敲除小鼠進行的血糖的耐受檢測中發(fā)現(xiàn),胰島素的分泌量顯著上升,與血糖的濃度成正比關(guān)系,但在禁食條件下,PYY3-36對由血糖誘導的胰島素分泌的作用并不明顯[20]。進一步研究發(fā)現(xiàn), PYY3-36可經(jīng)過Y 2受體抑制下丘腦的NPY神經(jīng)元和激活POMC神經(jīng)元,而NPY神經(jīng)元的過分表達會導致嚙齒類的肥胖和胰島素耐受產(chǎn)生,這說明PYY是通過下丘腦的Y2受體來影響胰島素敏感度的[20]。對受體功能與氨基酸序列完整相關(guān)性和不同類型PYY抑制胰島素作用的比較研究證實, PYY3-36對葡萄糖誘導的胰島素沒有影響,Y2或Y5受體也不參與對胰島素分泌的調(diào)節(jié),而是直接作用于胰島及胰腺Y1受體,降低環(huán)磷酸腺苷（cAMP）濃度,實現(xiàn)其抑制胰島素分泌的作用[21]。但是,對于PYY是否經(jīng)過旁分泌方式來調(diào)節(jié)胰島素的分泌或胰高血糖素和PYY是否一起被分泌目前尚不清楚,需要進一步的探討。

2 PYY在哺乳母豬上的應用前景

2.1 哺乳母豬采食量對繁殖性能的影響

采食量是限制動物生產(chǎn)性能及基因潛力發(fā)揮的最重要因素之一。母豬哺乳期采食量對產(chǎn)奶量、仔豬營養(yǎng)狀況及后續(xù)繁殖周期母豬的生產(chǎn)性能均有影響,其哺乳期的營養(yǎng)狀況和體況與下次配種和仔豬成活率及生長性能密切相關(guān)。哺乳母豬采食量對仔豬生長性能和斷奶前的死亡率具有重要的影響,斷奶前死亡仔豬中50%是由于哺乳母豬采食量低下和泌乳力低下造成的,這種情況對于采食量嚴重不足的初產(chǎn)母豬而言更為嚴重,因為初產(chǎn)母豬與經(jīng)產(chǎn)母豬相比之下采食量要低15%左右[21]。哺乳期營養(yǎng)狀況良好的母豬,在其仔豬獲得較好的體增重的同時,母豬自身面臨斷奶后發(fā)情延遲的風險也大大降低。鑒于限制仔豬生長與健康的因素主要與母豬的哺乳能力和哺乳期的營養(yǎng)攝入有關(guān),通過提高哺乳期母豬的采食量,改善營養(yǎng)攝入水平以期進一步提高仔豬的生長性能是可行的[3]。實際養(yǎng)豬生產(chǎn)中,通過常規(guī)營養(yǎng)措施,如飼糧結(jié)構(gòu)調(diào)整、養(yǎng)分濃度增加盡管可以部分彌補哺乳母豬采食量的不足,但常常受到多種因素（如溫度）影響而難以有效解決哺乳期采食量低下的問題。因為在炎熱氣候條件下,母豬力圖通過食欲降低、血流分布以及內(nèi)分泌狀態(tài)改變等途徑來適應高溫,但這些適應性過程反過來會進一步加重母豬的負擔,造成母豬繁殖性能受損,形成惡性循環(huán)[1]。因此,針對攝食調(diào)節(jié)的生理機制有針對性地采用相應的調(diào)控措施,才能最大限度改善哺乳期母豬采食量對其健康和繁殖性能的負面影響。

2.2 PYY免疫及其在哺乳母豬上的應用

采食量的生理調(diào)節(jié)機理研究的目的是改善動物采食量,提高生產(chǎn)性能。其中,利用免疫調(diào)控技術(shù)向母豬體內(nèi)引入縮膽囊素免疫原（主動免疫）或縮膽囊素抗體（被動免疫）,改變負反饋飽食因子水平,進而改善哺乳母豬生產(chǎn)性能,目前已成為一種非常有吸引力的技術(shù)措施。由于被動免疫時抗體必須持續(xù)引入動物體內(nèi),是短時效應,不能長期提高動物的采食量,在生產(chǎn)過程中的運用存在一定的局限性。所以,通過將動物體內(nèi)需中和的靶物質(zhì)（如PYY）與大分子內(nèi)源性蛋白（如牛血清蛋白）進行交聯(lián),然后選擇佐劑來刺激中和循環(huán)物質(zhì)的免疫應答,產(chǎn)生針對靶物質(zhì)的高特異性抗體,實現(xiàn)中和內(nèi)源性抗原和降低該物質(zhì)的生物學作用的主動免疫手段在改善動物生產(chǎn)性能效果及其適用性方面要優(yōu)于被動免疫,成為一種富有前景的攝食調(diào)控技術(shù)[10]。PYY是一種與膽囊收縮素類似的胃腸道衍生激素,屬于飽食因子范疇,對攝食、消化道發(fā)育和內(nèi)分泌激素都有重要的影響[2]。在此基礎上,研制抗PYY血清制備技術(shù),獲得抗體滴度較高的血清（抗原）,通過引入哺乳母豬體內(nèi),產(chǎn)生特異性PYY抗體,實現(xiàn)哺乳母豬采食量的有效調(diào)控,對改善其生產(chǎn)性能具有不可低估的意義。

3 小 結(jié)

PYY是一種新發(fā)現(xiàn)不久、與傳統(tǒng)胃腸道衍生激素如膽囊收縮素差異較大的飽食因子,近年來的研究更多地集中在PYY及其受體在機體的分布與定位、對胃腸道黏膜細胞的功能調(diào)節(jié)及其信號傳導以及對試驗動物（鼠、猴）攝食影響的初步探索方面?？紤]到家畜采食量調(diào)節(jié)機制的復雜性及其對畜牧養(yǎng)殖效益的重要影響,對PYY在攝食和消化道生理調(diào)節(jié)過程中的作用機制及其信號轉(zhuǎn)導始終是人們關(guān)注的熱點,主要體現(xiàn)在以下幾方面:1）動物機體內(nèi)PPY的代謝動態(tài)規(guī)律及其與其他胃腸激素的相互作用;2）PYY在腸神經(jīng)系統(tǒng)及中樞神經(jīng)系統(tǒng)ARN中調(diào)節(jié)的方式和作用機制;3）PYY對消化系統(tǒng)生理功能的調(diào)節(jié)機理及其信號傳導途徑。對上述領(lǐng)域開展系統(tǒng)深入的研究,對今后基于負反饋生理機制的哺乳母豬攝食調(diào)控技術(shù)的研發(fā)具有重要的生物學意義。

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*Correspond ing au thor,associate professor,E-mail:fzyong04@163.com

（編輯 田艷明）