动物生长轴的激素调控
时间:2006-04-18 主题:动物生长轴的激素调控 点击：
l 生长轴
动物生长是一个复杂的生物代谢过程，受基因型、激素、营养、环境等多方面的影响。这些因素对生长的影响作用都是通过直接或间接影响动物内分泌系统来实现的。人和动物的生长是由促生长激素轴来调控的，促生长激素轴由生长激素释放因子（GRF）、生长激素（GH）和胰岛素样生长因子（IGF）构成，其中生长激素是调控整个机体生长的最重要的激素。生长轴是动物体内从下丘脑——垂体——靶器官的一系列激素及其受体所组成的神经内分泌系统，如图1所示。
下丘脑同时分泌生长激素释放因子和生长抑制激素（SS），生长激素的分泌同时受到生长激素释放因子和生长抑制激素的控制，其中生长激素释放因子刺激生长激素的分泌，而生长抑制激素抑制生长激素的分泌。生长激素呈脉冲式分泌，生长激素通过与受体结合诱导肝细胞产生IGF-I，而IGF-I能直接作用于动物体内的多种组织，促进蛋白质的合成，促进细胞增殖，从而促进肌肉，内脏和骨骼的生长。
通过传统的遗传手段提高家富的生产性能和改变猪的胴体质量虽能取得较大进展，但仍不能完全满足消费者的需求。通过生长轴来调节内分泌系统的激素水平，提高动物生产性能，改善洞体组成，提高肉质和饲料转化率，已成为畜牧业研究的热点。
2 外源生长激素促进动物生长
生长激素是垂体前叶合成和分泌的一种肽类激素，由191个氨基酸构成。生长激素是一种单链蛋白质，有种间的特异性，家畜（猪和牛）具有较高相似的氨基酸序列（90％）。生长激素的合成除受生长激素释放因子和生长抑制激素二者双重控制外，许多神经递质、神经肽、吗啡肽以及位于下丘脑中心的其他化合物都控制生长激素释放因子和生长抑制激素的释放。生长激素的分泌呈脉冲状态，且随年龄的增长血液生长激素水平下降。110～110kg重的猪血液生长激素的基线水平低于2ng／mL，每日有3～5个分泌峰，每次3～15ng／mL。
生长激素的作用是将吸收的养分在各组织间重新分配，促进骨、软骨和组织的生长，刺激蛋白质和胶原的合成以及组织对循环系统中氨基酸的摄取和利用，并通过多种生理过程使较多的养分用于组织中核酸和蛋白质的合成，减少脂肪沉积，从而影响所有养分（碳水化合物、脂肪、蛋白质和矿物质等）在体内的代谢（Etherton等，1993）。大量的研究已经证明，外源添加生长激素显著地提高了家畜的生长速度，降低单位日增重的饲料消耗量，促进了肌肉的生长和减少了组织脂肪的合成。近年来，已通过基因重组技术生产出猪生长激素，取得了巨大的经济效益。Evock等（1988）进行的阉公猪试验中，每日注射猪生长激素 140 μg/kg，背膘厚度下降 29％，眼肌面积增加 46％，瘦肉率提高16 ％。四川农业大学动物营养研究所（1999）的研究表明：生长肥育猪每天颈肌注射重组猪生长激素4mg；连续注射28d，结果试验组日增重提高15．63％～41.14％，料肉比下降16．77％～31．95 ％，试验期内平均每头猪多增重4．5～7．87 kg，少用饲料6．35～10．38 kg。
外源添加生长激素改变内分泌系统代谢物循环水平，葡萄糖、胰岛素和IGF－l水平升高，而血清尿氮和胰岛素样生长因子结合蛋白一2（IGFBP－2）水平降低（Cohick和Clemmons，1993）。
3 抑制体内的生长抑制激素促进动物生长
生长抑制激素是一种抑制动物生长的多肽类激素。生长抑制激素广泛存在于中枢及末梢神经、心脏、甲状腺、消化道及胰腺中。所有哺乳动物的生长抑制激素氨基酸序列都相同，没有种属差异。生长抑制激素-14是生长抑制激素的主要生物活性结构。生长抑制激素的生理作用主要是通过抑制生长激素的分泌而影响胰岛素样生长因子的产生。生长抑制激素抑制体内多种激素，如胰岛素、胰高血糖素、促甲状腺激素、胃泌素和胆囊收缩素的分泌而抑制生长。生长抑制激素还抑制消化器官中胃酸、胃蛋白酶、唾液淀粉酶、胰酶的分泌，抑制消化道对葡萄糖、木糖、氨基酸、甘油三酯及离子的吸收。
3．1 生长抑制激素免疫对动物生产性能的影响 生长抑制激素免疫中和的基本原理是：将生长抑制激素结合到体外的载体蛋白上，并将生长抑制激素一载体蛋白复合物与恰当的佐剂一起注入机体。这样，动物免疫系统就认为生长抑制激素是体外异物，从而产生生长抑制激素抗体，因而消除了生长抑制激素对生长激素分泌的抑制作用，提高了生长激素的循环水平。生长抑制激素免疫可分为主动免疫和被动免疫。主动免疫是用生长抑制激素肽疫苗来免疫动物，被动免疫是将生长抑制激素与载体蛋白相连制成生长抑制激素抗血清和生长抑制激素单克隆抗体。
Spencer在20世纪80年代初将合成肽生长抑制激素连接于人血清α一球蛋白上，制成合成肽疫苗来免疫绵羊，3个月内试验组比对照组提高增重17．6％，首次证实生长抑制激素主动免疫能促进动物生长。随后他又进一步用生长抑制激素合成肽疫苗免疫妊娠母羊，结果免疫组羔羊出生体重比对照组高10 ％，免疫组母羊早期泌乳量也比对照组显著增多（9％），使试验组的羔羊生长速度显著高于对照组。
尽管生长抑制激素免疫对动物生产性能的影响引起了人们的广泛关注，但研究结果并不一致。生长抑制激素免疫中和技术对猪的作用效果不如牛、羊明显，一般认为免疫生长抑制激素对生长缓慢、未经改良的动物和雌性动物产生的影响显著。也有报道生长抑制激素中和免疫虽然促进了动物生长，但对血中生长激素浓度没有产生显著影响。可能的原因是促生长作用通过非生长激素途径来实现，因生长抑制激素同样也影响促甲状腺激素。促肾上腺皮质激素及胰岛素、胰高血糖素的分泌。
生长抑制激素中和免疫的主要优点在于：该方法激发了机体自身潜在的免疫功能，一旦产生抗体作用，持续时间较长，又不存在残留毒素，可以按常规疫苗接种计划来安排。但生长抑制激素分子量较小，免疫原性较弱，目前人们主要在研制多决定簇颗粒活性载体的基因工程苗，以期改变免疫原性，提高促生长效果。
3．2 半胱胺抑制体内生长抑制激素浓度促进动物生长半胱胺（CS），又称β一流基乙酸，相当于半胱胺酸的胱胺产物，是辅酶A的组成部分，在体内有重要的生理意义。Szabo等（1981）发现，口服半胱胺（300mg／kg）大鼠胃、十二指肠粘膜、胰和下丘脑的生长抑制激素免疫活性下降，提示可耗竭体内的生长抑制激素。王艳玲等（1999）发现，半胱胺使奶牛的采食量无显著变化，但饲料转化率显著提高，与对照组比较，试验期生长抑制激素水平下降88．4％（P<0．05），生长激素水平提高33．1％（P＜0．05＝刘皙洁（1998）给香猪灌注CS，动物进食正常，胃分泌量比对照期大幅度增加，胃液PH值略呈下降趋势，胃蛋白酶活性显著增强，血液生长抑制激素水平下降，使外周血液胃泌素水平升高。半胱胺价格低廉，易于通过口服或注射进入动物体内，与免疫中和技术相比，有适用范围广，价格低廉，使用方便等优点。
4 通过生长激素释放因子促进动物生长
生长激素释放因子由下丘脑分泌。Guillemin及Rivier从人体胰腺肿瘤提取液中，分别分离出具有生长激素释放因子活性的多肽，命名为人胰肿瘤生长激素释放因子（hpGRF人随着分离纯化方法的不断改进，相继从木同动物的下丘脑分离到各种生长激素释放因子。人的生长激素释放因子与猪、牛、羊的生长激素释放因子组成和氨基酸序列都十分接近。给杂种阉公猪每天注射hp－GRF，20 d后血清 pST、Insulin、IGF－ I和葡萄糖浓度显著升高，BUN浓度下降，日增重和饲料利用率提高，背膘厚降低，眼肌面积增大，提高了瘦肉率（Johnson等，199）。用hpGRF处理乳用犊牛，虽然对增重没有影响，但提高了饲料干物质、氮和能量的利用率，提高了血浆中胰岛素和IGF－I的浓度（Lapierre等，1991）。
5 类胰岛素样生长因子、IGF－I、IGF－Ⅱ的促生长作用。
类胰岛素样生长因子、IGF－I、IGF－Ⅱ属于多肽，分子结构与胰岛素十分相似，在体内和体外都具有促进细胞分裂的作用。IGF－I调节仔畜生长激素的促长作用。IGF－Ⅱ的血液浓度在胎儿较高，出生后IGF－I的浓度急剧上升，所以可以推测IGF－Ⅱ调节出生前生长，IGF－I调节出生后的生长和发育。在瘦肉型猪血浆中IGF－I含量高于脂肪型，断奶前高于断奶后。据报道IGF－I对蛋白质合成、生长和胴体组分改变有一定的作用。有人证明IGF－I诱发前脂肪细胞的酶分化，使脂类蓄积与酶活性变化相平行，提高了磷酸甘油脱氧酶和可溶性蛋白质水平，促使前脂肪细胞分化。IGF－I还具有促有丝分裂作用，促进不同类型细胞的增殖和分化，从而促进动物生长，提高泌乳性能和繁殖力，并调节免疫功能。
类胰岛素样生长因子的受体位于肠上皮，在注射IGF－l的类似物后，不仅增加了哺乳期末仔猪日增重，而且胰腺。小肠和肾的重量亦增加（Burrin等，1995 a；Xu等，1994）。这些研究结果表明，可以在仔猪断奶后或在母乳中这些激素的浓度降低时用注射外源激素的办法来使肠道结构和功能得到快速发育，以克服断奶后生长迟滞。
6 今后的研究方向
通过生长轴提高动物体内的生长激素和IGF－I水平，促进增重、提高饲料转化率和改善肉品质，是目前动物生长调控的一种新途径。今后深入研究的方向：1）利用DNA重组技术研制外源生长激素；2）生长抑制激素免疫中和将侧重于基因工程苗和DNA疫苗的研究；3）深入研究生长激素释放因子和IGF－I的生物学功能；4）外源激素在体内的分布和代谢；5）抗体和激素受体的作用与方向；6）生长轴各激素间的相互作用机制。
动物生长是一个复杂的生物代谢过程，受基因型、激素、营养、环境等多方面的影响。这些因素对生长的影响作用都是通过直接或间接影响动物内分泌系统来实现的。人和动物的生长是由促生长激素轴来调控的，促生长激素轴由生长激素释放因子（GRF）、生长激素（GH）和胰岛素样生长因子（IGF）构成，其中生长激素是调控整个机体生长的最重要的激素。生长轴是动物体内从下丘脑——垂体——靶器官的一系列激素及其受体所组成的神经内分泌系统，如图1所示。
下丘脑同时分泌生长激素释放因子和生长抑制激素（SS），生长激素的分泌同时受到生长激素释放因子和生长抑制激素的控制，其中生长激素释放因子刺激生长激素的分泌，而生长抑制激素抑制生长激素的分泌。生长激素呈脉冲式分泌，生长激素通过与受体结合诱导肝细胞产生IGF-I，而IGF-I能直接作用于动物体内的多种组织，促进蛋白质的合成，促进细胞增殖，从而促进肌肉，内脏和骨骼的生长。
通过传统的遗传手段提高家富的生产性能和改变猪的胴体质量虽能取得较大进展，但仍不能完全满足消费者的需求。通过生长轴来调节内分泌系统的激素水平，提高动物生产性能，改善洞体组成，提高肉质和饲料转化率，已成为畜牧业研究的热点。
2 外源生长激素促进动物生长
生长激素是垂体前叶合成和分泌的一种肽类激素，由191个氨基酸构成。生长激素是一种单链蛋白质，有种间的特异性，家畜（猪和牛）具有较高相似的氨基酸序列（90％）。生长激素的合成除受生长激素释放因子和生长抑制激素二者双重控制外，许多神经递质、神经肽、吗啡肽以及位于下丘脑中心的其他化合物都控制生长激素释放因子和生长抑制激素的释放。生长激素的分泌呈脉冲状态，且随年龄的增长血液生长激素水平下降。110～110kg重的猪血液生长激素的基线水平低于2ng／mL，每日有3～5个分泌峰，每次3～15ng／mL。
生长激素的作用是将吸收的养分在各组织间重新分配，促进骨、软骨和组织的生长，刺激蛋白质和胶原的合成以及组织对循环系统中氨基酸的摄取和利用，并通过多种生理过程使较多的养分用于组织中核酸和蛋白质的合成，减少脂肪沉积，从而影响所有养分（碳水化合物、脂肪、蛋白质和矿物质等）在体内的代谢（Etherton等，1993）。大量的研究已经证明，外源添加生长激素显著地提高了家畜的生长速度，降低单位日增重的饲料消耗量，促进了肌肉的生长和减少了组织脂肪的合成。近年来，已通过基因重组技术生产出猪生长激素，取得了巨大的经济效益。Evock等（1988）进行的阉公猪试验中，每日注射猪生长激素 140 μg/kg，背膘厚度下降 29％，眼肌面积增加 46％，瘦肉率提高16 ％。四川农业大学动物营养研究所（1999）的研究表明：生长肥育猪每天颈肌注射重组猪生长激素4mg；连续注射28d，结果试验组日增重提高15．63％～41.14％，料肉比下降16．77％～31．95 ％，试验期内平均每头猪多增重4．5～7．87 kg，少用饲料6．35～10．38 kg。
外源添加生长激素改变内分泌系统代谢物循环水平，葡萄糖、胰岛素和IGF－l水平升高，而血清尿氮和胰岛素样生长因子结合蛋白一2（IGFBP－2）水平降低（Cohick和Clemmons，1993）。
3 抑制体内的生长抑制激素促进动物生长
生长抑制激素是一种抑制动物生长的多肽类激素。生长抑制激素广泛存在于中枢及末梢神经、心脏、甲状腺、消化道及胰腺中。所有哺乳动物的生长抑制激素氨基酸序列都相同，没有种属差异。生长抑制激素-14是生长抑制激素的主要生物活性结构。生长抑制激素的生理作用主要是通过抑制生长激素的分泌而影响胰岛素样生长因子的产生。生长抑制激素抑制体内多种激素，如胰岛素、胰高血糖素、促甲状腺激素、胃泌素和胆囊收缩素的分泌而抑制生长。生长抑制激素还抑制消化器官中胃酸、胃蛋白酶、唾液淀粉酶、胰酶的分泌，抑制消化道对葡萄糖、木糖、氨基酸、甘油三酯及离子的吸收。
3．1 生长抑制激素免疫对动物生产性能的影响 生长抑制激素免疫中和的基本原理是：将生长抑制激素结合到体外的载体蛋白上，并将生长抑制激素一载体蛋白复合物与恰当的佐剂一起注入机体。这样，动物免疫系统就认为生长抑制激素是体外异物，从而产生生长抑制激素抗体，因而消除了生长抑制激素对生长激素分泌的抑制作用，提高了生长激素的循环水平。生长抑制激素免疫可分为主动免疫和被动免疫。主动免疫是用生长抑制激素肽疫苗来免疫动物，被动免疫是将生长抑制激素与载体蛋白相连制成生长抑制激素抗血清和生长抑制激素单克隆抗体。
Spencer在20世纪80年代初将合成肽生长抑制激素连接于人血清α一球蛋白上，制成合成肽疫苗来免疫绵羊，3个月内试验组比对照组提高增重17．6％，首次证实生长抑制激素主动免疫能促进动物生长。随后他又进一步用生长抑制激素合成肽疫苗免疫妊娠母羊，结果免疫组羔羊出生体重比对照组高10 ％，免疫组母羊早期泌乳量也比对照组显著增多（9％），使试验组的羔羊生长速度显著高于对照组。
尽管生长抑制激素免疫对动物生产性能的影响引起了人们的广泛关注，但研究结果并不一致。生长抑制激素免疫中和技术对猪的作用效果不如牛、羊明显，一般认为免疫生长抑制激素对生长缓慢、未经改良的动物和雌性动物产生的影响显著。也有报道生长抑制激素中和免疫虽然促进了动物生长，但对血中生长激素浓度没有产生显著影响。可能的原因是促生长作用通过非生长激素途径来实现，因生长抑制激素同样也影响促甲状腺激素。促肾上腺皮质激素及胰岛素、胰高血糖素的分泌。
生长抑制激素中和免疫的主要优点在于：该方法激发了机体自身潜在的免疫功能，一旦产生抗体作用，持续时间较长，又不存在残留毒素，可以按常规疫苗接种计划来安排。但生长抑制激素分子量较小，免疫原性较弱，目前人们主要在研制多决定簇颗粒活性载体的基因工程苗，以期改变免疫原性，提高促生长效果。
3．2 半胱胺抑制体内生长抑制激素浓度促进动物生长半胱胺（CS），又称β一流基乙酸，相当于半胱胺酸的胱胺产物，是辅酶A的组成部分，在体内有重要的生理意义。Szabo等（1981）发现，口服半胱胺（300mg／kg）大鼠胃、十二指肠粘膜、胰和下丘脑的生长抑制激素免疫活性下降，提示可耗竭体内的生长抑制激素。王艳玲等（1999）发现，半胱胺使奶牛的采食量无显著变化，但饲料转化率显著提高，与对照组比较，试验期生长抑制激素水平下降88．4％（P<0．05），生长激素水平提高33．1％（P＜0．05＝刘皙洁（1998）给香猪灌注CS，动物进食正常，胃分泌量比对照期大幅度增加，胃液PH值略呈下降趋势，胃蛋白酶活性显著增强，血液生长抑制激素水平下降，使外周血液胃泌素水平升高。半胱胺价格低廉，易于通过口服或注射进入动物体内，与免疫中和技术相比，有适用范围广，价格低廉，使用方便等优点。
4 通过生长激素释放因子促进动物生长
生长激素释放因子由下丘脑分泌。Guillemin及Rivier从人体胰腺肿瘤提取液中，分别分离出具有生长激素释放因子活性的多肽，命名为人胰肿瘤生长激素释放因子（hpGRF人随着分离纯化方法的不断改进，相继从木同动物的下丘脑分离到各种生长激素释放因子。人的生长激素释放因子与猪、牛、羊的生长激素释放因子组成和氨基酸序列都十分接近。给杂种阉公猪每天注射hp－GRF，20 d后血清 pST、Insulin、IGF－ I和葡萄糖浓度显著升高，BUN浓度下降，日增重和饲料利用率提高，背膘厚降低，眼肌面积增大，提高了瘦肉率（Johnson等，199）。用hpGRF处理乳用犊牛，虽然对增重没有影响，但提高了饲料干物质、氮和能量的利用率，提高了血浆中胰岛素和IGF－I的浓度（Lapierre等，1991）。
5 类胰岛素样生长因子、IGF－I、IGF－Ⅱ的促生长作用。
类胰岛素样生长因子、IGF－I、IGF－Ⅱ属于多肽，分子结构与胰岛素十分相似，在体内和体外都具有促进细胞分裂的作用。IGF－I调节仔畜生长激素的促长作用。IGF－Ⅱ的血液浓度在胎儿较高，出生后IGF－I的浓度急剧上升，所以可以推测IGF－Ⅱ调节出生前生长，IGF－I调节出生后的生长和发育。在瘦肉型猪血浆中IGF－I含量高于脂肪型，断奶前高于断奶后。据报道IGF－I对蛋白质合成、生长和胴体组分改变有一定的作用。有人证明IGF－I诱发前脂肪细胞的酶分化，使脂类蓄积与酶活性变化相平行，提高了磷酸甘油脱氧酶和可溶性蛋白质水平，促使前脂肪细胞分化。IGF－I还具有促有丝分裂作用，促进不同类型细胞的增殖和分化，从而促进动物生长，提高泌乳性能和繁殖力，并调节免疫功能。
类胰岛素样生长因子的受体位于肠上皮，在注射IGF－l的类似物后，不仅增加了哺乳期末仔猪日增重，而且胰腺。小肠和肾的重量亦增加（Burrin等，1995 a；Xu等，1994）。这些研究结果表明，可以在仔猪断奶后或在母乳中这些激素的浓度降低时用注射外源激素的办法来使肠道结构和功能得到快速发育，以克服断奶后生长迟滞。
6 今后的研究方向
通过生长轴提高动物体内的生长激素和IGF－I水平，促进增重、提高饲料转化率和改善肉品质，是目前动物生长调控的一种新途径。今后深入研究的方向：1）利用DNA重组技术研制外源生长激素；2）生长抑制激素免疫中和将侧重于基因工程苗和DNA疫苗的研究；3）深入研究生长激素释放因子和IGF－I的生物学功能；4）外源激素在体内的分布和代谢；5）抗体和激素受体的作用与方向；6）生长轴各激素间的相互作用机制。
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