目前的研究表明,胆囊收缩素促胰酶素(cholecystokinin-Pancreozymin, CCK-PZ)除具有其基本的生理功能(即收缩胆囊和促进胰酶分泌)外,还参与了动物采食的调节。有人用有效成分为CCK的小肠提取物注射不同种类的动物,均降低了采食量,后发现该抽提物的(Maclagan,1937;Schally,1967;Matson,1999)。实现对动物采食量调节对于动物养殖业来讲具有非常大的意义。在现有的养殖条件下,动物采食不足是一个普遍现象,即动物采食养分的量远低于其对养分消化能力和利用潜力。Pekas(1985)曾指出,自由采食并不能充分实现猪生长潜力的发挥,其实验表明在任食水平上再经胃瘘强饲20%,猪的增重提高达40%,且在实验组和对照组之间胴体成分无显著差异。如果能在目前的基础上进一步提高生长动物如断奶仔猪、生长肥育猪、3周龄后的肉鸡以及泌乳母猪的采食量,就意味着生长周期的缩短、动物维持需要所占比例下降、饲料报酬改善和繁殖效率的提高,从而提高整个养殖效率。目前人们对CCK调节采食的机制和应用方面做了大量的研究,本文拟就该方面的研究成果做一综述。
一、胆囊收缩素促胰酶素分子的性质和分布
胆囊收缩素促胰酶素(CCK)分子是一类长短不同的分子的总称。动物体内的前CCK分子是一条由约140个氨基酸残基构成的多肽链。目前发现的CCK分子的活性形式CCK39、CCK33、CCK12、CCK10、CCK8、CCK4等分都是前CCK经不同程度酶切作用的碳端肽段。雨蛙肽(Caerulein)和胃泌素(Gastrin)与CCK分子碳端的活性部位结构极其相似,在对动物采食调节上它们具有相同功能。
胆囊收缩素促胰酶素分子的化学本质是肽,在某些蛋白酶的作用下会发生降解,结果使CCK分子失活或变成更小的活性形式。由于酶切作用的存在,CCK分子都表现出一定的半衰期,半衰期的长短与酶切的难易程度相关。一般而言,小分子的CCK半衰期较短,硫酸盐形式的CCK分子比相应非硫酸盐形式的CCK分子半衰期长。
胆囊收缩素促胰酶素分子在动物体内的分布其作用密切相关。胆囊收缩素促胰酶素(CCK)分子广泛分布于动物的大脑中枢(CNS)、肠道、外周血液、外周神经及某些组织器官中。中枢大脑皮质中CCK浓度最高,CCK在中脑皮质中的浓度高于任何迄今报道的激素肽、释放因子或释放抑制因子; CCK在下丘脑所有核中都有分布,但主要存在于视上核、室旁核和背中核,在中央隆起和腹侧正中的核中有神经纤维的存在;CCK还存在与大脑的神经、神经纤维和细胞体中(Straus等,1977;Alumets等,1979;Znnis等,1979)。肠道CCK分子的分布以十二指肠和空肠最高,是肠道其他部分的10倍多,接近于大脑皮层的含量。
体内CCK受体有两种类型,外周的为A型,中枢的为B型(Dourish,1989)。A型受体对CCK分子的硫酸盐形式有要求,而B型受体对CCK则无此要求。不过也有报道认为非硫酸盐的形式CCK与B型受体结合不表现生物学活性(Della等,1981)。放射性同位素分析发现特异性结合的CCK在大脑皮质、嗅球和尾状核最高,在下丘脑腹侧正中(VMH)和下丘脑后部(LH)处于中等水平(Goldfine和Willianns,1980)。CCK受体在迷走神经中也有分布,若结扎迷走神经,CCK受体的聚集量呈时间相关关系变化。 CCK受体在胃底腺和胰腺中也有分布(Jensen等,1980)。胃肠道也有CCK受体的分布,幽门括约肌对CCK的特异结合显著高于回肠远端、幽门窦等部位(Gregory等,1984)。Smith等(1983)进一步指出,这种特异性结合位于幽门括约肌的环行肌层。
二、囊收缩素促胰酶素对动物采食量的影响
2.1 CCK对猪的采食量的影响
猪采食后血浆CCK水平普遍升高,因此被人们视为饱感激素(Gibbs等,1973)。Douglas等(1998)在经产母猪上的试验表明,无论是日喂2公斤还是三日一次喂6公斤,采食后血浆CCK水平均显著上升。目前的研究发现,猪循环血液中CCK浓度与采食多少相关,采食量不同则引起增重差异。Clutter等(1998)发现,长得快和长得慢的猪饲喂期内血浆CCK浓度分别为5.06pmol/L和6.70pmol/L,若按CCK/FI相比较,采食最初的30分钟内二者差异极显著。人为向猪体内引入CCK会降低猪的采食量。Baranyiova和Hullinger(1999)以4mug/kg体重向1日龄小猪静脉注入CCK显著降低了采食量。Baldwin等(1982)用大白猪的实验发现,静脉注入20和40IU/kg的CCK短暂终止了采食。向猪的中枢引入CCK也对采食有抑制作用。Parrot和Baldwin(1981)向绝食17小时的猪脑室内引入CCK8,发现采食量呈剂量关系下降。CCK的引入途径对其作用效果有明显影响。Anika等(1981)用1-3月龄小猪的实验发现,经颈静脉注入比经门静脉注入的效果好,CCK比雨蛙肽的效果好,并且用油酸钠或蛋白水解物诱导内源CCK的分泌同样降低了猪的采食。Houpt(1983)分别向母猪的颈静脉、颈动脉和头主动脉引入67ng/kg.min的CCK分别使采食量下降了35%、33%和29%。
2.2胆囊收缩素促胰酶素对禽采食量的影响
绝食影响禽外周血液的CCK浓度。赵如茜等(1991)的实验发现绝食24小时的公鹅外周血液的CCK浓度极显著高于正常采食的公鹅,暗示CCK与禽的采食行为可能有某种联系。实验表明,CCK的确参与了禽的采食调节。Savory(1980)向绝食18小时的鸡静脉引入剂量呈梯度的CCK和雨蛙肽后发现,鸡的采食量呈剂量相关关系下降。有实验表明,随绝食时间的延长,CCK对采食的抑制效果逐渐减弱。Savory(1983)向绝食0、1、2或3小时的肉鸡静脉引入2mug/kg体重和8mug/kg体重的CCK,发现随时间的延长,CCK的效果明显下降。有研究表明,日粮类型也会对CCK的作用效果产生影响。CCK对采食用40%纤维粉稀释日粮的肉鸡的抑制效果不如对照组,推测可能是由于不同的日粮组分对内源CCK分泌的刺激存在差异。
2.3胆囊收缩素促胰酶素对反刍家畜采食的影响
已经发现向反刍家畜尤其是羊脑室内注入CCK或其类似物显著降低了采食量,降幅高达80-100%,降低的幅度呈剂量依赖关系。CCK的引入方式明显影响其作用效果,等量的CCK若分次注射入羊脑室对采食无影响,但若采用连续引入则可降低采食达80%,并且在采食前15分钟引入效果最好(Della等,1979,1980,1981)。Grovum(1981)认为经静脉引入CCK对羊的采食量具有抑制作用,不过Della等的实验没发现该现象。绝食时间的长短也影响CCK在羊上的作用效果,一般而言随绝食时间的延长,CCK的作用下降。向绝食2、4、8和24小时的羊脑室引入剂量为0.64pmol/min或2.5pmol/min的CCK对羊3小时内的采食量抑制程度分别为95%、48%、34%、19%和100%、89%、60%、22%, CCK并不抑制羊对水的摄入,只对采食的抑制表现出专一性(Della,1979)。不同的CCK类分子作用效果也有差别,Della(1979)向绝食2小时的羊后脑室内引入40.8pmol/min的CCK或65pmol/min的胃泌素,抑制程度分别为100%和56%,Grovum(1980)也有类似的报道。
目前关于CCK在牛上与采食量关系的报道较少,Suominen(1998)采用Holstein小母牛的实验发现,随绝食时间的延长,血浆中的CCK浓度下降,饲喂以后又上升,并且,饲喂以后小肠细胞中CCK的mRNA明显上升。因此可以认为CCK可能也参与了牛的采食调节。
2.4 胆囊收缩素促胰酶素对其它动物和人采食的影响
CCK对大鼠的采食量也有抑制作用。Calam等(1982)在大鼠采食前注射5mug/kg体重的CCK显著降低了采食量。Roger(1986)向处于假饲状态下的大鼠引入CCK后抑制了采食。虽然泌乳母鼠对CCK的抵抗力较强,不过CCK同样对其采食量有抑制作用。一般来讲大鼠的肥胖与其遗传性状、营养水平相关,目前的研究也表明CCK与大鼠的肥胖也存在某种联系。Straus(1979)对肥胖大鼠、肥胖大鼠的同窝同胞和正常大鼠的大脑皮质CCK水平作了研究,发现三者的比例为4:3:1,并且有人发现绝食的胖鼠对低剂量CCK不敏感,但在高剂量时与正常鼠的反应无差异(Mclaughlin等,1980;1981)。
CCK对兔的采食同样也有抑制作用。Houpt(1978)向绝食的兔在采食前引入CCK后发现,1IDU/kg的剂量显著降低了采食,5.5IDU/kg剂量时降低采食量50%,而40IDU/kg剂量则完全抑制了采食。
目前发现CCK在人上的作用效果因引入方式的不同而有差异。Richard等(1976)的实验发现,向人快速(30秒内)静脉引入CCK显著降低了采食量,而慢速(40分钟内)引入CCK则提高了采食量。不过,也有人研究认为即使缓慢持续引入CCK同样也降低了采食量(Stacher等,1982,1983;Kissilleff等,1981)。
三、胆囊收缩素促胰酶素参与动物采食调节的机制
3.1 外周机制
关于CCK调节采食的机制目前尚无定定论,不过大都倾向于认为CCK通过抑制胃的排空来抑制动物的采食。用CCK的拮抗物丙谷胺(proglumid)引入大鼠后显著加速预先负荷胃的排空达18%(Shillabeer和Davison,1987)。赵如茜等(1993)实验发现丙谷胺可显著提高自由摄食条件下鹅的采食量达19%。Green等(1988)向大鼠的胃中注入4.5%的蛋白胨(可促内源CCK分泌)和50mmol/l的盐酸(抑制胃排空的途径不经CCK)均极显著抑制了胃的排空;当引入CCK的受体拮抗剂L364,718后只专一性地提高了蛋白胨组的胃排空,并且FOY-305(胰蛋白酶抑制剂,促内源CCK释放因子)降低胃排空的作用也可被L364,718所抑制。这就表明上述实验中起作用物质的很可能就是CCK。外源直接向体内引入CCK对动物胃排空也表现为抑制效应。Moran等(1982)经腹膜内或静脉引入一定剂量的CCK后迅速而短暂地抑制了恒河猴胃的排空,Savory(1981)在鸡和火鸡上也观察到了类似的效果。与Shillabeer等的发现一样,Moran等也发现CCK对于绝食条件下的动物采食无影响,它只作用于胃已负荷的动物。由此可见,CCK抑制动物采食的功能与其抑制胃的排空不无关系。
3.2 中枢途径
Rayner等(1989)将乳化脂引入动物十二指肠后显著抑制了采食,这种作用可被L364,718阻断,且当动物饱时胃的容积降低了,暗示CCK除了抑制胃排空外还存在其它作用途径。目前发现CCK也可能通过中枢途径来参与动物的采食调节。Moran等(1988)曾对CCK调节采食的作用作了剖分,发现由于胃排空受抑制所引起的采食下降只占总作用效果的64%,尚有34%的作用不依赖于胃排空受抑,其余部分推测与CCK参与中枢调节有关,这被实验所证实。Della等(1981)将一定量的CCK注入羊的脑脊液(CSF)中降低了采食量,但若向脑室内引入2.9nmol/min的CCK的竞争性抑制剂Bt2Cgmp(Dibutyryl cyclic GMP)则提高采食达150%。Houpt等(1978)发现切除兔胃两侧的迷走神经后外周引入的CCK和雨蛙肽对采食抑制效果发生了变化,这暗示外周和中枢在CCK调节采食的作用上存在相互作用。Shillabeer等则在大鼠上发现丙谷胺提高采食的作用可被迷走神经切除所阻断。Grawley等(1983)研究后认为,内源性CCK很可能是通过如下途径来调节采食,即外周CCK?外周CCK受体?迷走神经?孤束核?室旁核?中枢CCK升高?产生饱感。
3.3 其它机制
一直以来人们认为外源引入的CCK或内源释放的CCK也有可能通过引起动物不适(如恶心,肠道疼痛等)来抑制采食,不过目前看来CCK的作用途径不大可能存在。有人用猪作的实验发现,绝食4小时后的猪采食5分钟后,再给予有枫树汁味的糖浆的同时注入40IDU/kg的CCK或2ug/kg的雨蛙肽,隔4天后再以同样的方式饲喂,并无味觉厌恶(taste aversion)现象的发生,而若将CCK和雨蛙肽换成阿扑吗啡,则有强烈的味觉厌恶效果(Anika等,1981)。采用几乎完全相同的方法,即使是对于味觉厌恶很敏感的兔子也观察不到味觉厌恶现象的发生(Houpt等,1978)。也没有实验表明CCK通过提高动物的体温来调节采食量。
综上所述,胆囊收缩素促胰酶素参与动物采食量的调节很可能是CCK对中枢和外周共同起作用的结果。
四、影响体内胆囊收缩素促胰酶素分泌的因素
Suominen等(1998)观察到牛血浆中CCK浓度和肠活组织中的mRNA量在绝食期内降低,再饲后16-24小时又可恢复到绝食前的水平。这表明CCK的分泌受到了日粮养分的影响。由于CCK对采食的抑制作用,因此任何影响CCK分泌的因素都会对采食产生作用。
4.1 蛋白质和氨基酸
一般蛋白质刺激CCK分泌的能力与其抑制胰酶尤其是胰蛋白酶的能力呈正比。Liddle等(1986)实验发现,18%的酪蛋白和0.2%的大豆胰蛋白酶抑制剂5分钟内使大鼠血浆CCK浓度从0.5pmol/l分别上升到7.9pmol/l和8.0pmol/l,而乳清蛋白和牛血清蛋白则只引起了较低的循环CCK水平。其他人也观察到了类似的结果(Dale等,1989;Stefan等,1989;Rayner等,1989)。不过在蛋白质的水解产物或氨基酸是否有促进CCK分泌的作用上尚有争议。Liddle等(1986)没有观察到蛋白水解物或氨基酸引起动物血浆CCK浓度上升,而其他一些人(Furuse等,1991;Rayner等,1989;Dale等,1989)则观察到了完全相反的现象。由于CCK的分泌受肠道胰酶尤其是胰蛋白酶的反馈性调节,因此直接向动物十二指肠注入胰酶或胰蛋白酶会降低CCK的分泌(赵茹茜等,1993)。
4.2 脂肪、酯和脂肪酸
目前看来脂肪也有促内源CCK分泌的作用,不过作用似乎没有蛋白质强。有人对油酸甘油三酯、油酸和油酸甘油一酯对大鼠采食的抑制效果,发现油酸和油酸甘油一酯的作用效类似,而油酸甘油三酯的作用只及前两者的1/4,320pmol/h、440pmol/h和640pmol/h的油酸分别抑制了3小时内采食的32%、56%、75%,而1mg/kg体重的CCK拮抗物devazeptide可阻断这些作用(Woltman等,1995),表明油酸等物质很可能就是通过CCK来作用的。Dale等(1989)在狗上的确发现油酸钠显著提高了血浆中的CCK浓度,而Liddle等(1986)发现十二指肠注入脂肪的大鼠血浆CCK浓度没有上升,大鼠的采食也没有受抑。
4.3 糖类
目前一般认为糖类是以能量的形式参与采食调节,CCK不是其参与动物采食量调节的媒介,也没有发现糖类对CCK的代谢有特殊意义。
五、胆囊收缩素促胰酶素免疫在动物生产中的应用
迄今的研究表明,CCK作为抗原免疫动物可提高动物的采食量和增重。Pekas和Trout(1990)用CCK免疫生长猪后分别提高采食和增重8.2%和10.6%。Pekas(1991;1993)的验证实验也得到了类似的结果,CCK免疫后增重比对照组分别提高了7.5%和8.7%。Della等(1981)在羊上的实验也发现CCK抗体连续引入羊的脑脊液中提高2小时内采食量达100%。目前尚无CCK免疫后对猪的饲料转化率有改善作用的报道,推测可能是由于CCK抗体中和了体内的CCK,从而降低了对胰腺分泌的刺激和加速了胃的排空,使养分的消化率下降,且养分消化率的下降不足以从维持比例的下降中得到补充。不过鸡上的研究表明,日粮中添加了含有CCK抗体的鸡蛋粉的肉鸡饲料转化率有一定的提高(Hooge,1998)。目前尚无有关猪和鸡存在上述差异原因的报道,估计与二者消化生理和对CCK抗体利用方式的差异有关。
一般来讲,在猪的生长后期或屠宰前(70?80kg)高水平的摄入(任食或近于任食)通常在提高增重的同时也会提高体脂沉积。目前的研究表明,经CCK免疫的猪在采食和增重提高的同时并不总提高体脂沉积。Pekas和Trout(1993)的实验表明,CCK免疫对猪的胴体脂肪量无显著影响。虽然Pekas(1991)发现CCK免疫后显著提高了胴体脂肪量,但是瘦肉/体脂和体蛋白质/体脂在实验和对照组之间差异并不显著。尽管如此,为了避免CCK对肉质可能造成的不良影响,CCK免疫动物时宜避开其最易沉积脂肪的时期。
用CCK免疫动物时由于CCK分子的分子量太小,只有免疫反应性而无免疫原性,因此CCK分子必须与大分子的载体蛋白相连才能刺激机体产生免役应答。目前的研究发现,载体对机体所产生的CCK抗体的效价有很大的影响。Pekas(1996)比较了牛血清白蛋白(BSA)、人血清球蛋白(HSG)、KLH(keyhole limpt hemocyanin)和结核菌素(PPD)等4种载体与CCK连接后刺激机体所产生的抗体滴度,分别为55、115、176和535。所以在考虑对动物进行CCK免疫时载体的选择很重要,只有好的载体才会收到好的效果。
六、结束语
就目前的研究来看,CCK作为一种饱感激素参与动物的采食调节已无可争议,尽管不同的研究者、不同的动物、不同的CCK分子形式以及不同的引入途径或方式在作用效果上表现出差异。随着人们对CCK作用机制及应用研究的进一步深入,其必将更好地服务于动物生产。