精氨酸與動物攝食生理調(diào)節(jié)因子的關(guān)系

汪 超 黃 葦 謝 明 喻俊英 侯水生*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193;2.重慶市畜牧科學(xué)院，重慶 402460)

精氨酸是動物體內(nèi)一種具有多種重要生理功能的堿性氨基酸，精氨酸及其代謝產(chǎn)物在動物機體能量與脂肪代謝［1］、蛋白質(zhì)合成與肌肉發(fā)育［2－3］以及機體免疫應(yīng)答［4－5］等方面發(fā)揮著非常重要的作用。近年來的研究表明精氨酸還涉及動物的攝食調(diào)控，飼糧中精氨酸水平不足或過量均可顯著抑制動物攝食。動物攝食與動物健康和生產(chǎn)效率有著密切關(guān)系，攝食調(diào)控機制包括非常復(fù)雜的神經(jīng)－體液調(diào)節(jié)，其中增食和厭食生理調(diào)節(jié)因子的雙向反饋調(diào)控是其重要組成部分。目前，精氨酸對動物攝食影響的機理尚不完全清楚，但已有報道表明，精氨酸的重要代謝產(chǎn)物一氧化氮(NO)和胍丁胺參與了多種攝食生理調(diào)節(jié)因子對動物攝食的調(diào)控［6－10］。為此，本文旨在綜述精氨酸代謝、精氨酸對動物攝食的影響、精氨酸代謝產(chǎn)物與主要攝食生理調(diào)節(jié)因子的關(guān)系。

1 精氨酸代謝

精氨酸是成年哺乳動物的條件性必需氨基酸，幼齡和孕期哺乳動物、鳥類和魚類等的必需氨基酸。動物合成精氨酸的主要部位是小腸和腎臟，吸收的主要部位是小腸。精氨酸在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運主要依靠鈉依賴性離子轉(zhuǎn)運載體(如Bo，+)、陽離子氨基酸轉(zhuǎn)運系統(tǒng)(如Y+)和糖蛋白相關(guān)轉(zhuǎn)運系統(tǒng)(如 bo，+、y+L)［11］。動物體內(nèi)的一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)可以 L－精氨酸為底物，以分子氧和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸為輔助因子生成NO。精氨酸可在精氨酸脫羧酶的作用下生成胍丁胺，胍丁胺可轉(zhuǎn)化成腐胺，腐胺可進一步生成亞精胺和精胺(統(tǒng)稱多胺)。在哺乳動物體內(nèi)，低于1%和2%代謝精氨酸用于合成多胺和組成型NO(constitutive nitric oxide)。在精氨酸酶1的作用下，精氨酸還可生成鳥氨酸，并以此生成瓜氨酸、谷氨酰胺和谷氨酸。成年哺乳動物能夠利用谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸在腸細胞線粒體合成瓜氨酸，瓜氨酸從小腸釋放主要進入腎臟合成精氨酸，而新生動物的腸道則可直接將其合成的瓜氨酸轉(zhuǎn)化為精氨酸，因此，成年哺乳動物僅在疾病等應(yīng)激情況下，需要補充精氨酸。然而，家禽體內(nèi)缺乏合成精氨酸前體物質(zhì)所必需的氨甲酰磷酸合成酶(催化谷氨酰胺與谷氨酸合成瓜氨酸)和二氫吡咯－5－羧酸合成酶(催化脯氨酸與鳥氨酸轉(zhuǎn)化為谷氨酸)等，因而不能合成精氨酸。

2 精氨酸對動物攝食的影響

研究表明，飼糧精氨酸水平可顯著影響動物攝食量。飼糧添加精氨酸可提高正常飼喂條件的15～42日齡、22～42日齡和42～56日齡肉雞攝食量［12－14］，同時也能增加脂多糖應(yīng)激條件下10～21日齡肉雞的攝食量［15］。較低水平的飼糧精氨酸可顯著抑制3～42日齡櫻桃谷鴨和1～21日齡北京鴨攝食，提高飼糧精氨酸水平則可顯著增加3～42日齡櫻桃谷鴨和1～21日齡北京鴨攝食［16－17］，表明精氨酸能夠刺激雞和鴨等動物的攝食。當飼糧精氨酸水平超過1.15%時，1～21日齡北京鴨攝食量顯著下降［17］，當10～24日齡肉雞飼喂含5.53%精氨酸飼糧時，肉雞采食量顯著降低［18］，表明過高水平的飼糧精氨酸具有降低雞和鴨等動物攝食的作用。另外，精氨酸也被報道具有刺激魚類攝食反應(yīng)的作用［19］。然而，飼糧精氨酸水平對仔豬［20－21］、生長育肥豬［22］和生長期肉兔［23］攝食量似乎沒有顯著影響。

3 精氨酸代謝產(chǎn)物與主要攝食生理調(diào)節(jié)因子的關(guān)系

3.1 NO和胍丁胺參與動物攝食調(diào)控

迄今為止，精氨酸調(diào)控動物攝食的機制尚不十分清楚，但一些研究表明精氨酸的代謝產(chǎn)物NO和胍丁胺參與了動物的攝食調(diào)控(圖1)。注射L－精氨酸可促進小鼠攝食，并能部分恢復(fù)由NOS抑制劑NG－硝基－L－精氨酸(L-NG-nitroarginine，L-NMMA)誘導(dǎo)的攝食抑制，但D－精氨酸不具有部分恢復(fù)攝食的作用［6］。在雞上也有類似的研究結(jié)果，腹腔注射NOS抑制劑NG－硝基－L－精氨酸甲酯(NG-nitro-L-argininemethylester，LNAME)可顯著抑制肉雞［7］和蛋雞［8］攝食，腦室注射L－精氨酸后由L-NAME引發(fā)的雞攝食抑制效應(yīng)明顯減弱［7－8］，由腹腔注射 L-NMMA 誘發(fā)的白萊航蛋雞的攝食抑制效應(yīng)隨著飼糧中精氨酸水平的降低而增強［14］。但也有報道指出腦室注射LNMMA不影響肉雞采食量［8］，體內(nèi)NO水平對人的短期食欲和攝食量也無顯著影響［24］。此外，由精氨酸脫羧生成的胍丁胺可刺激大鼠攝食，增加飽飼大鼠的能量攝入量、顯著提高其對碳水化合物的攝入的偏好，但胍丁胺對饑餓大鼠的能量攝入無顯著影響［9－10］。動物攝食受到體內(nèi)增食和厭食生理調(diào)節(jié)因子的雙向反饋調(diào)節(jié)，研究精氨酸代謝產(chǎn)物與攝食生理調(diào)節(jié)因子的互作關(guān)系，有利于了解精氨酸調(diào)節(jié)攝食的可能機制。

3.2 NO對增食生理調(diào)節(jié)因子的介導(dǎo)作用

精氨酸/NO通路與神經(jīng)肽Y、胃饑餓素、食欲素A和生長激素等增食因子的攝食調(diào)控有著密切關(guān)系。向CD-1小鼠腦內(nèi)注射低劑量神經(jīng)肽Y可顯著增加鼠下丘腦NOS水平［25］，注射NOS抑制劑L-NMMA可減弱神經(jīng)肽Y對鼠的增食效應(yīng)［26］。腦內(nèi)注射增食因子胃饑餓素和神經(jīng)肽Y能夠提高未敲除NOS基因小鼠的采食量，但不能提高NOS基因敲除小鼠的采食量［27］。注射胃饑餓素顯著增加了下丘腦NOS水平并增加了攝食量，注射低劑量L-NAME顯著抑制了胃饑餓素的增食效應(yīng)［28］。注射食欲素A顯著增加了下丘腦的NOS水平和動物攝食，但不能增加NOS基因敲除小鼠的攝食量，皮下注射L-NAME顯著抑制了食欲素A誘導(dǎo)的采食增加［29］。腦室注射NO供體EP92632顯著增加了大鼠血漿中生長激素的含量及采食量，而注射L-NAME則顯著抑制了大鼠生長激素釋放激素(刺激生長激素釋放)誘導(dǎo)的增食效應(yīng)，顯著降低了鼠采食量［30］。腦室注射甲胺可促進大鼠攝食，且攝食量隨著甲胺注射量的持續(xù)增加而不斷增加，達到最高后隨著甲胺注射量的繼續(xù)增加而逐漸下降;在此過程中，甲胺誘導(dǎo)的NO釋放量與采食量呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律;用LNAME處理大鼠后再注射甲胺，鼠下丘腦NO產(chǎn)量和食欲均顯著降低［31］，表明甲胺調(diào)控動物采食具有NO依賴性。以上結(jié)果提示，下丘腦可能是NO與部分增食生理調(diào)節(jié)因子互作以調(diào)節(jié)動物攝食的作用位點，NO可能作為神經(jīng)肽Y、胃饑餓素、食欲素A和生長激素等增食生理調(diào)節(jié)因子的下游信號分子參與動物攝食調(diào)控，體內(nèi)特別是下丘腦NO含量的缺乏將抑制動物攝食。

圖1 NO和胍丁胺與部分攝食相關(guān)因子的可能互作關(guān)系Fig.1 A proposed interaction between nitric oxide or agmatine and some ingesting regulatory factors

3.3 NO對厭食生理調(diào)節(jié)因子的介導(dǎo)作用

NO除介導(dǎo)增食生理調(diào)節(jié)因子的攝食調(diào)控外，還與瘦素、5－羥色胺和膽囊收縮素等厭食因子的抑制攝食作用有著密切聯(lián)系。研究表明，降低體內(nèi)NO含量可顯著減少雌鼠特別是發(fā)情前期雌鼠采食量，在此過程中甾類激素可能參與了NO對動物攝食的調(diào)控［32］。向小鼠腦室單獨注射瘦素顯著減少了間腦神經(jīng)元中NOS活性，同時顯著抑制了小鼠采食并降低了體重，聯(lián)合注射瘦素和L－精氨酸可將由瘦素引發(fā)的采食量和體重降低恢復(fù)到正常水平［33］。在雞上的研究也有類似的報道，雞腦室注射瘦素可顯著抑制雞攝食和腦內(nèi)NO的產(chǎn)生，注射L－精氨酸后由瘦素引發(fā)的雞采食量下降減緩。這些研究提示瘦素和L－精氨酸/NO可能在腦內(nèi)相互作用以調(diào)控動物的攝食行為［34］。此外，灌注L－精氨酸還可降低糖尿病患者和正常人的血漿瘦素和胰島素水平［35］。絕食可顯著增加大鼠間腦NOS活性，腦室注射L-NAME可顯著減少其NOS活性，顯著增加5－羥色胺水平，使絕食24 h的大鼠采食量呈現(xiàn)劑量依賴性減少，表明腦NO可能通過調(diào)節(jié)中樞5－羥色胺能系統(tǒng)參與動物攝食調(diào)控［36］。腦室注射L－精氨酸可抑制瘦素誘導(dǎo)的5－羥色胺水平上升，但腹腔注射不能起到相應(yīng)的作用［37］，表明腦室是精氨酸/NO參與瘦素調(diào)控攝食的可能作用位點之一。然而，在NOS基因敲除的鼠上，瘦素的抑制攝食作用明顯減弱，瘦素誘導(dǎo)的腦5－羥色胺代謝增加則被完全抵消［37］，膽囊收縮素可抑制野生型(未敲除NOS基因)小鼠的采食量，但不能抑制NOS基因敲除小鼠的采食量［27］。以上研究結(jié)果提示，L－精氨酸可通過NO消減瘦素、5－羥色胺和膽囊收縮素等厭食生理調(diào)節(jié)因子的攝食抑制作用，但NO同時也是厭食生理調(diào)節(jié)因子發(fā)揮抑制攝食作用必不可少的橋梁。

3.4 胍丁胺對攝食生理調(diào)節(jié)因子的介導(dǎo)作用

研究表明，下丘腦室旁核(paraventricular hypothalamus)α2－腎上腺素能受體(α2-adrenergic receptors)的活化能夠顯著增加鼠飼糧和水的攝入［38－39］。腦室注射精氨酸胍丁胺可顯著增強下丘腦室旁核纖維和弓狀核(hypothalamic arcuate nucleus)細胞核團神經(jīng)肽Y的免疫活性，并在注射后較長時間內(nèi)強烈刺激大鼠攝食。注射神經(jīng)肽Y、神經(jīng)肽 Y受體 1興奮劑［(Leu31，Pro34)-NPY］以及α2－腎上腺素能受體激活劑氯亞定(clonidine)均能顯著提高胍丁胺的增食效應(yīng)。注射α2－腎上腺素能受體拮抗劑育亨賓(yohimbine)能阻斷外源胍丁胺和神經(jīng)肽Y誘導(dǎo)的協(xié)同增食效應(yīng)，并能顯著降低下丘腦室旁核和弓狀核神經(jīng)肽Y免疫活性［10］。因此，胍丁胺可能通過與α2－腎上腺素能受體互作以增加神經(jīng)肽Y的可利用性，從而通過神經(jīng)肽Y受體發(fā)揮增食效應(yīng)。此外，胍丁胺也被報道可作為α2－去甲腎上腺素(alpha-2-noradrenergic)興奮劑增加飽飼大鼠攝食［40］。

4 小結(jié)

飼糧精氨酸水平對動物攝食影響的報道尚不多見，且對動物攝食具有調(diào)控作用的報道多集中在雞和鴨等家禽上，這可能與家禽體內(nèi)不能合成精氨酸有關(guān)。根據(jù)已有的報道可以看出，下丘腦是L－精氨酸調(diào)控動物攝食的可能作用位點之一，L－精氨酸可能通過其代謝產(chǎn)物NO作為瘦素、胃饑餓素、5－羥色胺、膽囊收縮素、神經(jīng)肽Y和食欲素A等攝食生理調(diào)節(jié)因子的下游信號分子而發(fā)揮攝食調(diào)控作用，且增食和厭食生理調(diào)節(jié)因子對動物攝食的調(diào)控具有NO依賴性。L－精氨酸脫羧產(chǎn)物胍丁胺通過α2－腎上腺素能受體增加神經(jīng)肽Y的可利用性從而刺激動物攝食。

目前，有關(guān)精氨酸及其代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)動物攝食的具體作用位點、對體內(nèi)攝食調(diào)節(jié)因子的合成與分泌的影響等相關(guān)研究報道極少。近年來研究發(fā)現(xiàn)了某些細胞內(nèi)信號通路，如哺乳動物雷帕霉素靶蛋白通路［41］等涉及動物攝食調(diào)控，而精氨酸在體內(nèi)的代謝產(chǎn)物(如NO、多胺等)與這些信號通路的關(guān)系尚不清楚。除NO和胍丁胺外，精氨酸在動物體內(nèi)還生成多種具有重要生理功能的多胺等代謝產(chǎn)物，這些產(chǎn)物是否參與了動物的攝食調(diào)控也有待進一步研究。

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