動物食欲調(diào)控的神經(jīng)生理學(xué)探討

ztjun518 · 發(fā)表于 2007-8-24 13:36:00

動物食欲調(diào)控的神經(jīng)生理學(xué)探討
作者:于繼英　李雷斌期號：2005年第7期



1 動物攝食行為的神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)
影響食物攝取的因素有非生理因素（環(huán)境等）、生理因素（感覺刺激、胃腸信號、循環(huán)因子和化學(xué)信號）等（B.A.鮑曼，R.M.拉塞爾［1］）。神經(jīng)生理學(xué)研究表明，下丘腦既是動物的皮質(zhì)植物性中樞，也是神經(jīng)內(nèi)分泌的中心，并與邊緣系統(tǒng)有密切聯(lián)系。下丘腦將調(diào)節(jié)內(nèi)臟活動與其它生理活動聯(lián)系起來，既是動物的體溫調(diào)節(jié)中樞、攝食與飽食中樞、水平衡調(diào)節(jié)中樞，也管理機(jī)體的內(nèi)分泌、情緒反應(yīng)、生物節(jié)律等重要生理過程（姚泰［2］）。
1．1 下丘腦
如維持體溫恒定一樣，下丘腦中樞也通過對動物攝食行為的調(diào)節(jié)以維持動物的體重和體脂的相對恒定。通過內(nèi)分泌與神經(jīng)調(diào)節(jié)，在食物供給充足且營養(yǎng)均衡、不良應(yīng)激小的條件下，成年動物一般可長期維持相對穩(wěn)定的體重和身體組成，每天的采食量也變化不大，幼齡動物則維持其種屬的對應(yīng)階段的采食量和生長速度。
下丘腦是控制采食的初級整合系統(tǒng)，對采食起關(guān)鍵作用，腦的其他部分參與采食的整合，起補(bǔ)充作用。食物及其他物質(zhì)引起視覺、嗅覺、味覺、綜合觸覺等刺激，食物、食糜等刺激胃腸道、血管、肝臟等機(jī)械、容積、化學(xué)、溫度、滲透壓等感受器，通過不同的傳入途徑，到達(dá)下丘腦，興奮或抑制攝食中樞，連動飽食中樞的活動，與大腦的其他相連中樞形成綜合指令，將沖動傳出，同時結(jié)合下丘腦因此對垂體分泌活動影響而引發(fā)的系列激素調(diào)節(jié)活動，形成攝食行為的整體生命現(xiàn)象（圖1）。

　　動物攝食中樞位于下丘腦左右兩側(cè)的外側(cè)區(qū)，呈彌散性，與腦的其他部位有神經(jīng)聯(lián)系，飽食中樞位于下丘腦兩側(cè)的腹內(nèi)側(cè)核。平時攝食中樞呈持續(xù)興奮狀態(tài)，當(dāng)動物采食時，其采食動作與食物在消化道內(nèi)的消化、代謝等刺激飽食中樞，飽食中樞興奮則抑制攝食中樞，導(dǎo)致停止采食。攝食中樞與飽食中樞的神經(jīng)元活動具有相互制約的關(guān)系，飽食中樞抑制攝食中樞活動。
　　下丘腦的一些神經(jīng)分泌細(xì)胞能分泌各種促垂體激素，通過促進(jìn)或抑制某種腺垂體激素的分泌而對機(jī)體的各種生命活動進(jìn)行調(diào)節(jié)。下丘腦內(nèi)的監(jiān)察細(xì)胞在不同區(qū)域能感受不同激素濃度的變化，通過反饋，調(diào)節(jié)神經(jīng)激素的分泌，以維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境恒定。
1．2 胃腸道
　　胃腸道是采食調(diào)節(jié)的外感受器。家禽的化學(xué)恒定機(jī)制認(rèn)為，葡萄糖、脂肪酸、肽、氨基酸、維生素、礦物質(zhì)等養(yǎng)分物質(zhì)，在消化道吸收和在血液中出現(xiàn)時，刺激相對應(yīng)部位的受體，構(gòu)成一系列原始信號，沖動傳達(dá)至下丘腦的飽感中樞，增強(qiáng)其興奮而抑制攝食（Peter R.Ferket和Abel G.Genat，［4］）。
飽食中樞的神經(jīng)核團(tuán)細(xì)胞存在對葡萄糖敏感的受體，血糖可通過血腦屏障直接作用于飽食中樞，血糖水平升高，飽食中樞神經(jīng)元興奮，通過抑制攝食中樞神經(jīng)元而抑制攝食，導(dǎo)致攝食下降；反之，動物體內(nèi)血糖濃度降低，導(dǎo)致攝食增加。血糖是單胃動物采食的短期調(diào)節(jié)的因素。
1．3 杏仁核
杏仁核的活動與情緒反應(yīng)有較密切的關(guān)系，除了能影響防御反應(yīng)外，也能影響攝食行為（顧曉松［3］）。杏仁核基底外側(cè)核群和下丘腦外側(cè)區(qū)攝食中樞的神經(jīng)元自放發(fā)電呈相互制約的關(guān)系，即當(dāng)一個放電增加，則另一個放電就減少。杏仁核皮層內(nèi)側(cè)核群經(jīng)終紋與下丘腦腹內(nèi)側(cè)核有聯(lián)系，并有抑制腹內(nèi)側(cè)核神經(jīng)元活動的作用，即抑制防御反應(yīng)機(jī)制，飽食中樞抑制，攝食不受抑制；基底外側(cè)核群經(jīng)腹側(cè)杏仁傳出系統(tǒng)也與腹內(nèi)側(cè)核有聯(lián)系，并能促進(jìn)腹內(nèi)側(cè)核神經(jīng)元活動，強(qiáng)化防御反應(yīng)機(jī)制，興奮飽食中樞，導(dǎo)致攝食抑制。
2　幾種食欲調(diào)節(jié)肽
在下丘腦的攝食中樞，富含瘦素leptin、NPY神經(jīng)肽Y等的神經(jīng)元，在飽食中樞，富含增食欲素的神經(jīng)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）
　　均來自同一前體增食欲素元。人腦內(nèi)前增食欲元的mRNA在下丘腦含量最豐富，在下丘腦及底丘腦呈雙側(cè)對稱分散分布，并廣泛分布于間腦和腦干，增食欲素同樣存在于胃腸ENS神經(jīng)元、黏膜的神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞中。增食欲素的受體為OX1R、OX2R，下丘腦腹內(nèi)側(cè)核OX1R之mRNA含量最高，室旁核則以O(shè)X2R之mRNA為主，并在海馬結(jié)構(gòu)、大腦皮層等表達(dá)。增食欲素及其受體也廣泛存在于嗅覺系統(tǒng)，它們還定位于垂體（譚雪梅、陳代文等［5］；崔志英，江清艷［7］）。
增食欲素具有調(diào)節(jié)攝食及其他生理作用。增食欲素A通過降低血糖和減緩胃的擴(kuò)張收縮，推遲下丘腦的飽感信息的產(chǎn)生，使正常的飽感域增加，提高動物采食。
下丘腦外側(cè)的增食欲素神經(jīng)元末端與弓狀核中的NPY神經(jīng)元存在突觸聯(lián)系，弓狀核中NPY釋放增加，刺激下丘腦側(cè)面促黃體激素LH的分泌，調(diào)節(jié)攝食中樞，攝食增加。增食欲素神經(jīng)元上也有瘦素受體表達(dá)，這表明，弓狀核中的NPY有可能通過增食欲素的介導(dǎo)直接作用于下丘腦的側(cè)面，通過促垂體激素作用來調(diào)節(jié)攝食種中樞。同時，增食欲素可調(diào)節(jié)內(nèi)分泌，促進(jìn)促腎上腺皮質(zhì)激素ACTH的分泌，調(diào)節(jié)垂體腺的分泌，并使血中胰島素水平上升，導(dǎo)致瘦素水平上升。瘦素、NPY、增食欲素相互聯(lián)系構(gòu)成一個調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)，影響代謝和內(nèi)分泌調(diào)控。
增食欲素在攝食調(diào)控中的生物功能作用表現(xiàn)僅為促進(jìn)采食和刺激胃酸分泌等少數(shù)功能。
2．2 瘦素
瘦素是動物ob基因的表達(dá)產(chǎn)物，ob基因的表達(dá)只有成熟的脂肪細(xì)胞才有。ob基因的RNA分布于大網(wǎng)膜、后腹膜、腸系膜、皮下組織，尤以皮下脂肪組織最多。機(jī)體脂肪組織增加，ob之mRNA表達(dá)上升，瘦素從脂肪中釋放出來，血液中瘦素濃度上升，瘦素由特殊的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)通過血腦屏障進(jìn)入大腦，大腦中的瘦素進(jìn)入腦脊髓，隨腦脊髓流入第三腦室，通過室管膜層擴(kuò)散入下丘腦，與下丘腦室旁核、弓形核上的瘦素受體結(jié)合，從而發(fā)揮下丘腦的神經(jīng)及內(nèi)分泌調(diào)控作用（萬文菊、侯水生等，2004［6］）。
瘦素受體存在于下丘腦的室旁核、弓狀核上，且瘦素受體的mRNA主要在下丘腦的弓狀核濃集分布。目前的研究認(rèn)為，瘦素可能通過下丘腦弓狀核的功能來調(diào)節(jié)食欲、體重、能耗和性成熟。弓狀核的NPY可能是食物攝取和動物生殖功能的調(diào)節(jié)因子。當(dāng)瘦素在血中達(dá)一定水平時可抑制NPY，從而解除了NPY對GnRH神經(jīng)元活性的抑制，促使性成熟和生殖功能的發(fā)育。
瘦素在大腦通過間接或直接抑制NPY的釋放而發(fā)生作用，通過下丘腦機(jī)制對GH分泌調(diào)控；瘦素在肝臟能促進(jìn)肝臟葡萄糖的合成；瘦素在血液中作為脂肪―胰島素內(nèi)分泌軸的一部分，通過抑制胰島素mRNA的表達(dá)，抑制胰島素分泌，從而降低血中胰島素水平，反過來，胰島素可刺激瘦素的分泌，胰島素、脂肪組織細(xì)胞、瘦素形成一個雙反饋機(jī)制（圖2）。刺激下丘腦腹中核，則抑制胰島素分泌，而加強(qiáng)胰升血糖素的分泌，食欲減退。
　　糖皮質(zhì)激素可促進(jìn)瘦素的分泌，瘦素對糖皮質(zhì)激素又有抑制作用。甲狀腺素與瘦素作用呈負(fù)相關(guān)。瘦素通過抑制食欲、增加能耗、抑制脂肪合成三條途徑降低體脂，從而減輕體重。瘦素作用機(jī)制與其他能量調(diào)控機(jī)制相互作用，維持機(jī)體能量代謝正常水平。瘦素在代謝水平、神經(jīng)內(nèi)分泌、生長過程線上起重要作用。

2．3 NPY
NPY的神經(jīng)原胞體以下丘腦、海馬、尾狀核最多，通過下丘腦―垂體束神經(jīng)遞質(zhì)途徑，廣泛分布于交感神經(jīng)節(jié)細(xì)胞和心臟、肝臟、脾臟中，參與大腦皮質(zhì)的感覺信號的傳遞和自主功能的調(diào)節(jié)，表現(xiàn)下丘腦中樞作用及垂體內(nèi)分泌調(diào)控作用。
在下丘腦，NPY在弓狀核合成，通過軸突輸送到室旁核，經(jīng)室旁核分泌而參與攝食的調(diào)節(jié)［6］。NPY的分泌起抑制產(chǎn)熱、刺激進(jìn)食、中樞血管壓調(diào)節(jié)作用。
NPY在哺乳動物的嗅上皮柱旁細(xì)胞也合成，參與成年動物的神經(jīng)原前體細(xì)胞的增生。
在外周，NPY經(jīng)常與去甲腎上腺素共存于交感神經(jīng)末梢，對血液循環(huán)有升壓作用。交感神經(jīng)、副交感神經(jīng)興奮時釋放NPY，尤以迷走作用為強(qiáng)，因此，NPY釋放通過抑制胃腸道平滑肌收縮和電解質(zhì)的分泌，對胃腸道感覺、運(yùn)動、分泌、吸收起抑制作用，并與下丘腦的攝食中樞連動，調(diào)控機(jī)體攝食行為。
NPY也是一種應(yīng)激激素，交感―腎上腺髓質(zhì)興奮，NPY隨NA一起由神經(jīng)末梢釋放，在結(jié)腸內(nèi)濃度升高，在血漿中濃度下降，產(chǎn)生腹瀉、食欲下降等生理反應(yīng)。
胰腺的內(nèi)分泌及外分泌組織中均有NPY陽性的神經(jīng)纖維分布，胰島的內(nèi)分泌細(xì)胞中也具有NPY的陽性細(xì)胞和NPY的mRNA表達(dá)，提示NPY既可通過神經(jīng)內(nèi)分泌、也可通過旁分泌和自分泌調(diào)節(jié)胰島素的分泌。NPY也可影響促性腺激素釋放激素和黃體生成素的分泌，提示通過調(diào)控NPY可影響動物的繁殖行為。NPY神經(jīng)元與生長抑制神經(jīng)元的分布有許多重疊區(qū)，但NPY參與生長激素分泌的確切機(jī)制尚不太清楚。
瘦素、NPY、增食欲素均作用于下丘腦，瘦素與增食欲素均通過NPY途徑對動物攝食起作用，但兩者作用完全相反。
2．4 膽囊收縮素CCK
CCK與胃泌素結(jié)構(gòu)相似，通過受體發(fā)揮作用。CCK受體廣泛分布于腦組織中和外周組織中，CCK存在多種分子形式，以CCK-8和CCK-33為主要生理形式，CCK-8主要由大腦生成，CCK-12、CCK-33等較大分子由十二指腸和空腸細(xì)胞的黏膜I細(xì)胞分泌。
在腸道中，CCK釋放是通過反饋回路形成的，引起CCK釋放的主要因素是十二指腸中的脂肪水解產(chǎn)物與蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物，營養(yǎng)脂肪是強(qiáng)大的內(nèi)源性CCK釋放的刺激物。CCK是食物營養(yǎng)物質(zhì)消化及消化系統(tǒng)活動相關(guān)的物質(zhì)，胰腺分泌的胰蛋白酶反饋性地抑制了CCK的釋放，組胺也抑制其釋放（李亞峰，［9］）。
CCK分泌增加，促進(jìn)收縮膽囊和刺激胰酶的分泌，胰酶活性增強(qiáng)，并刺激胃腸肌肉的活動，促進(jìn)遠(yuǎn)端十二指腸和空腸的蠕動，促進(jìn)胃酸、胰液分泌，使胃腸容積增大，通過刺激胃腸感受器等抑制動物攝食行為。
在腦組織中，CCK受體主要分布在大腦皮質(zhì)，以嗅葉且尾核最多；胰腺和膽囊是CCK在胃腸道中的主要靶器官，其中胰腺中CCK受體含量為腦中的30倍，CCK受體存在于整個胃腸道。與NPY、增食欲素不同的是，CCK被認(rèn)為與動物飽足感有關(guān)［2］，是一種典型的腦－腸肽物質(zhì)。
在現(xiàn)代畜牧生產(chǎn)中，相對于遺傳育種的發(fā)展，畜禽的主動采食量很可能跟不上動物畜禽的最佳生產(chǎn)營養(yǎng)要求，而成為畜禽達(dá)到最佳生產(chǎn)性能的限制因子之一（Rex Walters，［10］）。當(dāng)對食物本身的攝食刺激的研究及應(yīng)用仍不能滿足商業(yè)的需求時，人們開始關(guān)注某些分子物質(zhì)對動物攝食及營養(yǎng)素在體內(nèi)分布沉積的調(diào)節(jié)功能，食欲調(diào)節(jié)肽類對攝食行為作用朝著人們所預(yù)期的方向發(fā)展，是否可以理解為，是因?yàn)樗沟脵C(jī)體的生產(chǎn)性能更接近其遺傳性能。但任何一種刺激的作用都將是有限的，機(jī)體最終也將適應(yīng)這種刺激，動物的種屬性，包括其體重、體脂、身體組成、階段與整體生長速度，等等，始終維持其相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)，不是通過在食物中增加幾種物質(zhì)就能改變的，任何一種物質(zhì)的供給量過與不足，均對機(jī)體不利。

參考文獻(xiàn)
1 [美]B.A.鮑曼，R.M.拉塞爾主編，《Present Konwledge in Nutrtion》（第11版），蔭士安、汪之頊主譯，化學(xué)工業(yè)出版社，《現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)》第8譯版，2004
2 姚泰主編，《生理學(xué)》第6版，人民衛(wèi)生出版社，2004
3 顧曉松主編，《人體解剖學(xué)》，科學(xué)出版社，2004
4　Peter R.Ferket和Abel G.Genat.Feed Intake. Poultry USA,Aug,2003,14～29
5 譚雪梅,陳代文,羊云飛.增食欲素及其生理功能，中國飼料，2004年第14期，2～4，7
6 萬文菊,侯水生,王紀(jì)亭.脂肪沉積的神經(jīng)與營養(yǎng)調(diào)節(jié)，中國畜牧獸醫(yī)，2004年第31卷第2期，6～8
7 崔志英，江清艷.食欲素（Orexin）及其受體（OXR）的特點(diǎn)及功能，飼料博覽，2004年第3期，7～9
8 李奎,許梓榮,馮杰.增食因子研究進(jìn)展，中國飼料，2004年第1期，7～9
9 李亞峰.膽囊收縮素及其受體的特點(diǎn)和分布，上海畜牧獸醫(yī)通訊，2004年第2期，4～5
10 Rex Walters.How important is feed intake Pig International,2003,Vol.33,No6,27～30