冷應激對雞神經內分泌、物質代謝、生理機能的影響及其營養調控研究

王 芳，陳家順，楊 媚，符晨星,2*

（1.湖南農業大學動物科學技術學院，動物營養基因組與種質創新研究中心，湖南長沙 410128；2.湖南農業大學，湖南省植物功能成分利用協同創新中心，湖南長沙 410128）

在家禽生產過程中，不可避免地會面對不同類型的應激源，例如高溫、低溫、轉群、運輸等，而低溫是畜禽養殖業最具挑戰性的應激源之一。寒冷刺激是北方地區普遍的應激因素之一，根據強度和持續時間的不同，冷應激可分為2 種：急性冷應激為低于常溫10～15℃，持續時間為2～24 h；慢性冷應激的持續時間為3～10 d[1]。環境溫度低于適合雞生長的溫度水平會對雞的生長和生產性能[2]、肉品質[3]、動物福利[4]等產生影響。

在冷應激情況下，肉雞大腿肉及胸肉出現肉色暗沉、質地堅硬、表面干燥的發生率分別為84% 和42%，雞肉口感也會受到影響[5]。在畜禽養殖業健康可持續發展的大背景下，克服環境冷應激的影響成為養殖業的新挑戰。本文從冷應激對雞神經內分泌、物質代謝、生理機能的影響以及營養調控進行綜述，為今后解析冷應激對雞的生理機能影響機制、防控冷應激的產生及調控措施提供科學依據。

1 冷應激對雞神經內分泌活動的影響

中樞神經系統及其中樞部位是冷應激反應整合調控中的優勢部位，當動物遇到應激時，機體會針對應激反應產生多方面的調節活動，例如通過下丘腦-垂體-腎上腺素皮質軸（Hypothalamic-pituitary-adrenal，HPA）以及下丘腦-垂體-甲狀腺軸（Hypothalamic-pituitary-thyroid axis，HPT）等途徑達到對機體的調節作用。

1.1 冷應激對HPA 軸分泌活動的影響 HPA 軸在神經內分泌系統中扮演重要地位，是一種應激反應軸。腎上腺是動物體內對環境溫度尤為敏感的內分泌腺[5]。HPA的激活以及由此引起的糖皮質激素分泌變化都是應激過程中的特征之一。

Hangalapura 等[6]研究表明，冷應激可引起雞HPA途徑中相關應激激素的分泌異常。Wang 等[7]研究表明，隨著冷應激時間延長，下丘腦中促皮質素釋放激素（Corticotropin Releasing Hormone，CRH）mRNA的表達水平、促腎上腺皮質激素（Adrenocorticotropin Hormone，ACTH）、皮質醇（Cortisol，CORT）含量均呈現先上升后下降的趨勢。也有研究發現，冷應激時，應激源作用于機體的大腦皮層后，會首先引起下丘腦釋放CRH[8]。CRH 通過垂體門脈入垂體后激活垂體促皮質區中的CRH 受體，進而刺激ACTH 分泌。同時，冷應激刺激能夠進一步促進腎上腺皮質分泌CORT[9]。ACTH 在維持腎上腺的正常形態和生理功能方面十分重要，可刺激腎上腺糖皮質激素(Glucocorticoid，GC)合成[10]。ACTH 的合成和分泌可由垂體前葉在下丘腦CRH 的刺激作用下，經機體的血液循環作用于腎上腺皮質部位。CORT 是GC 的一種，在加強細胞代謝活動、促進蛋白質分解、葡萄糖異生、脂肪動用及維持機體正常產熱等方面具有重要作用[11]。

有研究發現，在不同程度的冷應激刺激下會導致雞機體內分泌變化的不同：急性冷應激時，血液中ACTH、CORT 含量呈先升高后降低的趨勢，CRHmRNA 表達水平降低；慢性冷應激時，血液中CORT含量升高，ACTH 含量降低，下丘腦CRHmRNA 的表達水平升高[12]。這種分泌狀態的不同可能是由于血液中GC 對CRH 和ACTH 存在負反饋調節機制[10]：慢性冷應激時，機體動員過量GC，抑制了ACTH 分泌或是腺垂體分泌ACTH 的細胞對下丘腦中CRH 敏感性降低。冷應激時，動員機體激素分泌活動，通過葡萄糖異生、蛋白質及脂肪的動用以維持體溫恒定、恢復機體的平穩狀態[9]。冷應激狀態下機體HPA 軸分泌活動所發生的變化見圖1 所示。

圖1 冷應激下HPA 軸的變化機制

1.2 冷應激對雞HPT 軸分泌活動的影響 HPT 軸在介導機體產熱作用和能量代謝方面具有十分重要的意義，處于應激中的甲狀腺機能變化常被作為衡量應激反應的重要指標。研究表明，冷應激能夠激活機體HPT 軸，進而影響促甲狀腺激素釋放激素（Thyrotropin-Releasing Hormone，TRH）、促甲狀腺激素（Thyroid-Stimulating Hormone，TSH）的合成及釋放[13]。TRH 是一種主要由下丘腦中間基底部的神經元分泌的體溫調節激素，作用于腺垂體，促進腺垂體釋放TSH。

不同程度的冷應激對同一基因有不同的影響[14]：在急性冷應激后期，雞下丘腦中TRHmRNA 水平升高，游離三碘甲狀腺原氨酸（FT3）、游離甲狀腺素（FT4）顯著增加；而在慢性冷應激時下丘腦TRHmRNA 水平呈現下降趨勢，FT3 呈上升趨勢，而FT 4 呈下降趨勢。有研究認為甲狀腺分泌的FT 3 通過提高機體的基礎代謝、促進物質代謝、增加組織的產熱量來緩解冷應激[15]。

綜上所述，冷應激能從轉錄水平上改變下丘腦內CRH 及TRH 的分泌，進而使HPA 軸、HPT 軸分泌活動發生改變，并通過增強細胞代謝活動、促進肌肉組織中蛋白質的分解、脂肪分解和脂肪酸氧化、使糖原儲存增加，以此使機體的產熱增多，保障機體體溫的恒定。

1.3 其他內分泌變化 陳興勇等[16]研究發現，冷應激刺激淮南麻黃雞后，雞下丘腦組織中神經肽Y、神經肽Y 受體5 及膽囊收縮素等基因表達均上調。神經肽Y 是機體中有較強促進食欲功能作用的下丘腦神經肽之一，調控機體能量及采食功能；膽囊收縮素則是食欲外周調節系統中的腦腸肽，刺激胰酶分泌與合成。神經肽Y 及膽囊收縮素在冷應激狀態中上調，表明冷應激過程中雞的食欲有所增強。

2 冷應激對雞物質代謝的影響

2.1 冷應激對機體糖、蛋白質、脂肪酸代謝及代謝途徑變化的影響

2.1.1 冷應激引起機體糖代謝變化 冷應激反應是一種機體耗能的過程，通常會導致機體血糖水平變化和能量代謝加強。因此，機體的高血糖反應被認為是冷應激的重要標志[17]。冷應激時，血漿中胰高血糖素含量會隨著應激的持續刺激呈現上升趨勢。雞血清中葡萄糖含量在急性冷應激中隨著刺激時間的不斷延長呈現出先升后降趨勢，而慢性冷應激中葡萄糖含量呈上升趨勢[18]。機體冷應激過程中，葡萄糖和胰高血糖素分泌增加，說明機體調動體內儲備的能量，來適應和對抗冷應激的刺激。

2.1.2 冷應激引起機體蛋白質、脂肪酸代謝發生變化血清中尿素氮、白蛋白、總蛋白含量直接反映機體的蛋白質代謝狀況。研究表明急性冷應激后雛雞血清中尿素氮濃度升高[19]。一般而言，血清中尿素氮含量與機體蛋白質代謝水平呈負相關，血清尿素氮升高說明機體蛋白質分解代謝加強。冷應激時，雞血清中白蛋白含量呈現先上升后下降的趨勢[20]、總蛋白降低[21]。此外，在冷應激過程中，血清尿酸含量顯著升高[22]。家禽體內的尿酸來源于體內蛋白質、核酸的代謝產物，故血清中尿酸水平增加表明蛋白質的分解代謝水平增強。

2.1.3 冷應激引起機體代謝途徑增強 果糖-1，6-二磷酸酶（Fructose 1，6-bisphosphatase，FBP）在糖異生過程中，可催化果糖-1，6-二磷酸鹽轉變為果糖-6-磷酸鹽，此催化反應是葡萄糖生成的限速步驟之一，果糖-1，6-二磷酸酶的活性與葡萄糖內源性生成呈正相關[23]。研究表明，冷刺激大量產熱動員了糖異生過程，使肝臟FBP1基因表達顯著增加[24]。另外，黃麗波等[20]研究發現，冷應激加強了雛雞機體內的糖代謝過程，耗氧量增加，糖酵解過程增強，并通過提高乳酸脫氫酶活性來滿足機體抵抗應激所需的能量供應。賀軍等[25]研究表明，冷應激導致雛雞血清中果糖二磷酸醛縮酶C 的表達水平增加。乳酸脫氫酶在環境溫度降低時，其在血清中含量增加，表明動物肝臟代謝活動增強，從而促進機體釋放能量。果糖二磷酸醛縮酶C 位于線粒體中，是糖酵解過程中的一種關鍵酶[26]。

因此，當機體在冷應激刺激條件下，其機體血清代謝產物的變化進一步證實了冷應激刺激機體時的能量代謝改變，且引起不同代謝途徑中的酶濃度變化及增強代謝途徑，從而使機體的物質代謝水平和生理功能逐漸適應低溫環境。

2.2 冷應激對雞脂質代謝的影響 冷應激反應與機體細胞內信號通路相關，尤其與脂聯素信號通路密切相關。脂聯素受體蛋白1/2（Adiponectin Receptor Protein 1/2，AdipoR1/R2）是脂聯素的兩種受體，通常情況下脂聯素經其受體激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）和過氧化物酶體增殖物激活受體-α（Peroxisome proliferator-activated receptor alpha，PPAR-α）信號轉導途徑來發揮作用[27]。

研究表明，冷應激可引起雞肝臟中脂聯素及AdipoR1、R2 含量增加，雞肝臟中1-氨基環丙烷-1-羧酸（1-aminocyclopropane-1-carboxylate，ACC）含量和丙二酰輔酶A 活性在冷應激的各時間段都顯著降低，而肝臟肉毒堿棕櫚酰轉移酶I（CPT1）活性顯著增加，表明冷應激可能通過脂聯素-AMPK-PPARα途徑介導機體脂質代謝[28]。CPT1 是脂肪酸β-氧化的限速酶，AMPK 通過ACC 的磷酸化作用促使CPT1 活性增加，從而提高FAA 氧化。脂聯素通過磷酸化作用激活AMPK 途徑進而刺激葡萄糖利用和脂肪酸氧化[29]。AMPK是一磷酸腺苷（Adenosine Monophosphate，AMP）依賴性的蛋白激酶。Napper 等[19]研究表明，冷應激能降低肉雞心臟和肝臟ATP 含量，提高肝臟AMP/ATP 比值，表明心臟和肝臟的能量消耗在冷應激過程中增加，同時也激活了AMPK 途徑。Zhang 等[30]研究表明，冷應激時，雞肝臟中PPARα、AMPK 蛋白表達增加，CPT1 活性增加；ACC、丙二酰輔酶A 活性降低，進一步提示冷應激可能通過脂聯素-AMPK-PPARα途徑介導機體脂質代謝。而PPARα參與調控線粒體和脂肪酸β-氧化通路中相關酶的表達，并且在調控線粒體和脂肪酸β-氧化通路中的COA 合成酶、CAT1 等調節上有重要作用。脂聯素-AMPK-PPARα途徑調節冷應激狀態下雞脂質代謝活動的可能機制如圖2 所示。

圖2 冷應激調控脂聯素通路的機制

3 冷應激對雞生理機能的影響機制

3.1 冷應激對機體免疫機能的影響 在冷應激情況下，肉雞胸腺、法氏囊的相對重量有所降低[31]，表明肉雞受到免疫抑制。核轉錄因子-κB（Nuclear transcription factor-κB，NF-κB）是炎癥和免疫穩態的主要調節因子，可被環境應激迅速激活[32]。激活NF-κB 可增加一氧化氮酶（Inducible nitric oxide synthase，iNOS）、環氧化酶（Cyclooxygenase-2，COX-2）、前列腺素E 合酶（Prostaglandin E synthase，PTGEs）和腫瘤壞死因子-α（Tumor necrosis factor-α，TNF-α）等促炎細胞因子的表達水平[33]。孫悅等[34]研究發現，冷應激的雛雞肝臟中PGEsynthase、COX-2、NF-κB、TNF-α、iNOSmRNA 相對表達量均上調。Hangalapura 等[6]研究發現，冷應激可增強雞血清中白細胞介素-6（IL-6）和白細胞介素-1β（IL-1β）的分泌量。Niu 等[35]認為炎癥發生時，COX-2 通過合成PGE2 來發揮促炎作用。PGE2 可誘導炎癥細胞釋放趨化因子、募集炎性細胞，誘導IL-1、IL-6 表達。

Th1 和Th2 細胞的特征細胞因子分別為γ干擾素（IFN-γ）和白細胞介素-4（IL-4），對免疫調節過程中Th1/Th2 的平衡起著重要作用。應激可能通過改變Th1/Th2 平衡來抑制免疫反應。Su 等[36]研究發現，冷應激增加了腸組織中IFN-γ水平并降低IL-4 含量，同時伴隨著腸道炎癥反應和Th1/Th2 的失衡。熱休克蛋白(Heat Shock Protein，HSP) 參與機體對應激的免疫反應，具有保護上皮細胞完整性和緩解應激損傷的功能。Wei 等[37]研究表明，急性冷應激中雞十二指腸和回腸HSP90 水平降低。綜上所述，冷應激狀態下機體免疫狀態發生改變，造成免疫抑制。

3.2 冷應激引起機體氧化損傷 冷應激會破壞機體的抗氧化系統的平衡，誘導機體產生氧化應激，導致自由基大量生成。Xu 等[38]研究表明，冷應激時雞腸道組織中的SOD 活性和總抗氧化能力（Total Antioxidant Capacity，T-AOC）隨著冷應激時間的延長而下降，但MDA 含量顯著升高。Wei 等[37]研究發現，冷應激后雞血清中MDA 含量較高，且GSH-Px 和SOD 活性水平降低，結果表明動物機體在冷應激過程中抗氧化系統遭到破壞且發生了脂質過氧化反應。當過量的氧自由基積累時會引起機體脂質過氧化發生，導致細胞壞死，釋放大量炎癥介質，后者會刺激iNOS 表達增加[39]而胰島素抵抗指標升高、胰島素敏感指標及血清中膽堿酯酶活性下降[39]。胰島素抵抗作用下增加了活性氧生成，胰島素抵抗能力提升也是機體出現氧化應激的一個重要標志。研究發現，冷應激過程中蛋雞血清中膽堿酯酶的活性下降[40]。機體受刺激產生的MDA 會與多不飽和脂肪酸側鏈發生脂質過氧化作用，導致細胞中形成脂質過氧化物并進一步氧化細胞膜中的多不飽和脂肪酸，破壞膜的完整性。肝臟脂肪酸結合蛋白（Liver Type Fatty Acid Binding Protein，L-FABP）與多不飽和脂肪酸及脂質過氧化物具有很高的親和力，可防止脂質過氧化物的形成和多不飽和脂肪酸的氧化，從而保護機體免受損傷[41]。研究表明，冷應激時肝臟組織中的L-FABPmRNA 表達量下調[42]，表明機體在冷應激時受到氧化損傷。

綜上所述，冷應激會導致機體抗氧化性能抑制，主要體現在：抑制機體的抗氧化功能，如通過下調SOD、GSH-Px 活性誘導MDA 產生；誘導產生脂質過氧化物的形成、導致自由基的產生，造成機體氧化損傷。

3.3 冷應激對消化道健康的影響 腸道是營養物質的主要吸收場所，在維持機體免疫功能方面起重要作用。Su 等[36]研究發現，急性冷應激后，雞回腸組織嚴重受損，回腸絨毛黏附、腫脹、斷裂，并伴有細胞缺失。張雯[43]研究表明，冷應激時雛雞空腸中緊密連接蛋白OccludinmRNA 的表達下降，表明雛雞腸黏膜屏障功能減弱、通透性升高。同時冷應激能夠上調雛雞空腸COX-2mRNA 表達量，提高PGE2 含量，而過量的PGE2 可引起腸黏膜炎癥反應發生[43]。杯狀細胞的主要功能是分泌具有對腸上皮有保護作用的黏蛋白，杯狀細胞下降表明機體腸上皮作用減弱[44]。肥大細胞的過度激活是炎癥性疾病的重要病理機制，應激可以作用于神經或肥大細胞來增加離子分泌，消耗杯狀細胞，增加腸道通透性。急性冷應激2 h 時，雛雞腺胃肌層中的肥大細胞數目明顯增加[45]。此外，Tsiouris 等[46]研究發現，冷應激組中產氣莢膜梭菌數量增加，并且腸黏膜有嚴重的彌漫性凝固性壞死，纖維蛋白在壞死黏膜上的細胞碎片豐富附著。

綜上所述，冷應激會通過多方面來影響消化道健康，體現在：①引起腸道形態改變，降低腸絨毛高度，增加腸道通透性；②誘導腸道的炎癥反應，改變腸道細胞的分泌來誘導腸道發生病變，同時也提示經常遭受冷應激可導致消化道潰瘍病癥出現；③引起腸道內環境發生改變，如引起產氣莢膜梭菌數量增多。

4 雞冷應激狀態下的營養調控

正常生理狀態下機體所攝入的能量主要用以維持生產，但遭受冷應激動物攝入的能量絕大部分用于機體產熱及維持正常體溫。長期處于冷應激環境下的動物其機體能量儲備會發生下調，而營養調控作為緩解冷應激對機體影響的有效手段，能有效地維持機體的正常生理功能。線粒體是細胞ATP 產生的主要場所，同時也是活性氧產生的主要來源地，產生過多的超氧化物會導致線粒體的氧化應激損傷，引發多種病變，因此維護機體的抗氧化狀態十分重要。

Yang 等[47]研究表明，冷應激狀態下肉雞飼料中添加10 mL/kg 富硒芽孢桿菌發酵液可改善雞肉肉色，且具有較強的抗氧化和代謝調節作用，可以有效清除自由基。研究發現，冷應激狀態下，飼糧中添加0.1% N-乙酰半胱氨酸可維持肉雞的腸道形態和能量狀況，提高冷應激狀態下肉雞腸道的抗氧化能力，還可以通過調控腸道緊密蛋白Claudin-5mRNA 的水平來改善機體腸道屏障功能[48]。

另一方面，如前所述，應激狀態下可以產生炎癥反應及引起機體的組織器官損傷，因此營養調控機體的免疫狀況十分有必要。Kalia 等[49]研究表明，在冷應激飼養環境的肉雞飼糧中添加200 mg/kg 杏仁提取物可減少促炎因子產生。肖雙雙等[50]研究表明，飼糧中添加1.0%～2% 谷氨酰胺可以提高冷應激下雛雞生長性能，提高胸腺指數與法氏囊指數。程玉芳等[51]研究表明，種公雞飼糧中添加0.6～1.0 mg/kg CrCl3能顯著抑制由冷應激引起的LDH 表達量變化，緩解冷應激對機體細胞膜的損傷作用；并能抑制血清中蛋白質分解，增強機體的免疫功能。此外營養調控還能有效地保護機體健康，維護機體在冷應激時下的正常生理機能活動（表1）。

表1 雞冷應激狀態下的營養調控

5 小 結

冷應激對雞神經內分泌活動、物質代謝均會產生影響，且可導致機體炎癥產生、誘導組織損傷、引起氧化應激、誘導免疫抑制及危害消化道健康。目前關于冷應激對雞影響的研究較少，不同的持續時間對雞生理功能的影響程度不同，因而及時預判機體是否受到應激刺激在實際生產中十分重要。冷應激對雞生理機能的影響涉及生化、生理和分子生物學等各個層面，對其的研究應更深入、系統；且營養調控在冷應激狀態下的生產應用研究較為匱乏，添加劑種類的不同對預防應激產生的效果也不一。在未來研究中應注重以下方面：①深入研究基因、細胞信號傳導通路等在冷應激狀態下的變化機制；②積極地研究及確定應激中的敏感指標，為及時判斷冷應激的發生提供依據，以避免生產中的經濟損失；③冷應激下營養調控技術的優化、適宜的添加劑種類及添加量仍需進一步探究。