脂肪酸调控动物采食研究进展
摘 要：采食量是影响动物生产性能的一个极其重要的因素。目前普遍认为，动物的食欲调控主要在于下丘脑食欲中枢的信号整合。下丘脑弓状核促采食神经元能够感应包括葡萄糖、脂肪酸和氨基酸等在内的营养物质的浓度变化，通过刺激刺鼠相关蛋白(AgRP，一种促采食肽)的表达和分泌进而参与动物采食和能量平衡的调控。迄今为止，各种脂肪酸对动物采食的调控和影响机制还不是很系统。本文依据大量国内外研究成果对脂肪酸调控畜禽采食的研究进展作一综述。
关键词：采食；脂肪酸；下丘脑
动物在24h内采食饲粮的质量被称为动物的采食量。采食量过低因不能满足动物的生长需要而降低实际生产中的生产效率；采食量过高会引起动物产品质量下降、饲料转化率降低。因此，动物生产效率及生长性能在很大程度上受到采食量的影响。动物的采食量受大脑神经信号的调节，包括外周信号和下丘脑食欲中枢网络调控两个部分，是一种复杂的调节机制。食欲的外周信号主要包括来自胃肠道和肝脏以及血液中的一些营养物质、激素和代谢产物等，而食欲中枢调节是指一些外周信号和食欲调节肽类通过剌激下丘脑食欲中枢神经而对采食做出的调节行为。
大量的研究表明，下丘脑弓状核神经元能够感知身体的营养状况，对摄入物质及其浓度的变化做出适当的行为和代谢反应。中枢神经元可能通过代谢信号直接感知营养物质，畜禽采食量受到饲粮氨基酸、脂肪酸、矿物质和维生素的直接或间接影响。已有的报道显示高蛋白质饮食会增强饱腹感从而减少机体食物摄入量；血液中及脑中的亮氨酸可能调节食物摄入量，瘦素是一种降低动物机体食物摄入量的蛋白质类激素，饮食添加谷氨酸会通过降低血浆瘦素水平从而实现对食物摄入量的控制；维生素和矿物质一般作为代谢的辅助因子，当饲粮维生素和矿物质缺乏时会引起代谢紊乱从而影响畜禽采食。近年来，研究发现游离脂肪酸等营养物质也可从外周穿过血脑屏障到达中枢，通过中枢神经调节食物摄入量。而且游离脂肪酸具有胰岛素样的效应，通过影响下丘脑弓状核神经元兴奋性对采食量进行负调控。脂肪酸敏感神经元存在于大脑，尤其是下丘脑，在控制能量和葡萄糖稳态(包括摄食行为、分泌胰岛素的行为)方面发挥着关键作用。在离散的下丘脑区域内的脂肪酸可以作为传感器，整合多种营养和激素信号。弓状核和下丘脑腹内侧核的神经元亚群被脂肪酸选择性地激活或抑制。下丘脑腹内侧脂肪酸神经元中至少有1/2的反应是通过与脂肪酸转运体/受体脂肪酸转移位酶(fatty acid translocase，FAT/CD36)的相互作用介导的，后者不需要代谢来激活细胞内下游信号。脂肪酸还可以通过增加下丘脑神经酰胺的合成而使能量平衡超负荷。然而不同脂肪酸对畜禽采食量的影响结果各异，其中的机制也尚不完善。因此，本文从食欲的外周信号和中枢神经调节两个方面，就脂肪酸对畜禽采食调控进行简单的综述。
1 短链脂肪酸对动物采食的调控
包括膳食纤维和抗性淀粉在内的可发酵碳水化合物通过在啮齿动物和人类肠道内的微生物发酵，产生包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐在内的短链脂肪酸。
1.1 短链脂肪酸对动物采食的外周信号调控作用
短链脂肪酸在肠道内通过微生物发酵作用产生，外周注射短链脂肪酸对于小鼠采食调控表现为抑制作用，而其对于断奶仔猪的作用则相反。Brooks 等对小鼠的研究发现，可发酵碳水化合物通过肠道微生物群发酵产生短链脂肪酸，短链脂肪酸随后作用于结肠内游离脂肪酸受体2(FFAR2)，提高肽YY(PYY)细胞密度，从而增强肠道释放厌食激素PYY和胰高血糖素样肽-1( glucagon-like peptide-1，GLP-1)的能力。PYY和GLP-1是已知的对哺乳动物食物摄入量有抑制作用的外周激素。Goswami等研究显示与盐水对照组相比，小鼠腹腔注射丁酸盐浓度为6 mmol/kg时，食物摄入量在0.5和1.0h分别降低50%和70%；而当注射浓度为1和3mmol/kg时，仅倾向于减少食物摄入量，故丁酸盐调对采食量的调控表现出剂量依赖性效应。此外，小鼠腹腔注射6mmol/L乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐可显著抑制注射后0.5和1.0h累积食物摄入量，并且短链脂肪酸的厌食效应表现为丁酸盐>丙酸盐>乙酸盐。因此，小鼠腹腔注射短链脂肪酸以时间和剂量依赖的方式抑制食物摄入。Frost等的研究也表明，小鼠腹腔注射500mg/kg乙酸盐能显著降低注射后1和2h的急性食物摄入量。Li等的试验结果显示，夜间禁食小鼠灌服丁酸盐可显著降低恢复采食后1h内的食物摄入量，并在24h内累计减少21%的食物摄入量，而静脉注射丁酸盐却没有抑制食物摄入的作用。此外，研究发现断奶前口服丁酸钠可以有效提高仔猪生长性能和断奶后采食量；饲粮中添加丁酸钠可以显著提高28 日龄断奶仔猪在试验第1阶段(第1～14天)的采食量和生产性能。
1.2 短链脂肪酸对动物采食的中枢神经调控作用
短链脂肪酸对动物采食的中枢神经调控表现为抑制作用。Frost 等将2.5 μmol 乙酸盐注射到 Wistar大鼠第三脑室，结果显示：乙酸盐主要在注射后1～2h抑制食物摄入，从而导致2～4 h累积食物摄入降低。然而，中枢注射乙酸盐对食物摄入的抑制作用效果却不如腹腔注射明显，推测原因可能是肝脏代谢速度快和乙酸盐半衰期短。此外，口服丁酸盐抑制下丘脑中表达神经肽Y( neuropeptide Y，NPY)的促采食神经元的活性，降低脑干中孤束核和迷走神经背侧复合体的c-Fos阳性神经元活性，不影响皮层区域和海马区域以及阿黑皮素原(pro-opiomelanocortin， POMC)神经元(抑制食欲的一类神经元)活性。
1.3 短链脂肪酸调控动物采食的途径
短链脂肪酸将胃肠道等外周信号传导至中枢，通过中枢神经系统对动物采食量进行调控。可能的途径有以下几个方面：一方面，短链脂肪酸刺激内脏-大脑神经回路，以抑制食物摄入。Goswami等在研究中用辣椒素削弱肝支迷走传入神经敏感性，乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐对食物的抑制会因为这种处理而减弱，这说明短链脂肪酸对食物的抑制作用可能与内脏-大脑神经回路有关。Li等的试验结果也支持这种观点：丁酸盐作用于小鼠内脏-大脑神经回路，通过减少能量摄入激活褐色脂肪组织增强脂肪氧化，改善能量代谢。另一方面，短链脂肪酸通过中枢稳态机制降低食欲。有报道称，短链脂肪酸与结肠内FFAR2作用，进而增强肠道释放厌食激素PYY的能力，而PYY的作用是通过刺激弓状核内POMC神经元减少食物摄入，同时POMC神经元是中枢稳态机制中的一类厌食神经元，短链脂肪酸可能是PYY刺激POMC神经元间接降低动物食物摄入量。另外，Frost 等通过锰离子增强磁共振成像技术(manganese-enhanced magnetic resonance imaging，MEMRI)检测到腹腔注射乙酸盐的小鼠弓状核中的信号强度显著增加，表明参与食欲调控的弓状核神经元活化。更有证据表明小鼠腹腔注射乙酸盐30min，POMC的表达量增加4倍，并且有效抑制刺鼠相关蛋白(agouti-relatedprotein，AgRP)的表达。因此，短链脂肪酸对于采食的控制基于内脏-大脑神经回路，通过迷走神经将外周信号传至中枢，再经过中枢整合最终显示出对采食的抑制作用。Frost等研究结果显示中枢注射乙酸盐对食物摄入的抑制作用效果不如腹腔注射明显，推测其原因可能是迷走神经在短链脂肪酸的厌食效应中起关键作用。而第3条途径可能是因为丁酸钠作为一种重要的酸化剂，可以减少断奶仔猪胃排空，并提高仔猪的饲料消化和吸收效率，促进肠黏膜的成熟和分化等。
2 中长链脂肪酸对动物采食的调控
2.1 中长链脂肪酸对动物采食的外周信号调控作用
中链脂肪酸是动物的供能物质，对动物生长和免疫等方面有特殊的影响。辛酸是一种天然的八碳中链脂肪酸，一般可以作为蛋白抑制剂，增强肠上皮免疫屏障功能，还可以影响动物采食。Jambor 等在同等条件下对大鼠进行了肝门静脉(HPV)和腔静脉(VC)输注辛酸，结果显示：HPV输注迅速降低大鼠的采食量，并且这种效果延续到24h还依然明显。相比而言，VC输注辛酸对大鼠采食无影响，这说明辛酸的摄食抑制作用起源于肝脏。此外，辛酸能够促进下丘脑N38细胞AgRP的表达和分泌，参与能量调节和采食调控。Friedman等的试验表明，饲粮中高剂量的中链脂肪酸显著降低大鼠6h内的采食量，而低剂量则无明显差异。其他对于断奶仔猪的研究也发现添加8%的中链脂肪酸会降低采食量，而研究中还发现，中链脂肪酸可以诱导肠道胆囊收缩素和其他激素的分泌，将信号传达到神经中枢，产生饱腹感，从而影响动物的采食量。
油酸是动植物油脂中含量比较高的一种不饱和脂肪酸，对于调控动物采食有重要的作用。有报道显示：油酸输注大鼠空肠会增加空肠油酰乙醇酰胺(oleoglycolamide， OEA)水平，而Mennella 等验证了口服或腹腔注射OEA有效且持续地减少了大鼠和小鼠的食物摄入量，所以油酸可能刺激OEA产生而有效降低动物采食量。另外，口服棕榈油酸剂量依赖性诱导饱腹感，降低大鼠采食量。这种抑食作用原因在于棕榈油酸可以提高肠道中厌食激素胆囊收缩素(cholecystokinin，CCK)和PYY的表达水平。
棕榈酸是饱和长链脂肪酸，构成动植物油脂，棕榈酸可以影响动物采食量和体重。绵羊静脉注射棕榈酸会引起食物摄入的显著降低。
亚油酸是人和动物无法合成的长链脂肪酸，是一类必须从食物中获取的脂肪酸。而共轭亚油酸是亚油酸的同分异构体，有研究证明饲粮中补充共轭亚油酸减少家禽食物摄入量。
2.2 中长链脂肪酸对动物采食的中枢神经调控作用
油酸可以通过降低促采食NPY的表达并激活中枢神经系统的ATP通道，实现对动物采食量的调控。Coccurello 等通过试验证明了成年雄性小鼠脑室注射300μmol/L油酸，显著降低小鼠2h后的食物摄入量；Obici等证明了大鼠第三脑室注射油酸不仅显著降低了大鼠的采食量，而且导致血浆胰岛素浓度显著下降、葡萄糖浓度适度降低；Hryhorczuk等在小鼠中脑腹侧被盖区注射油酸减少了食物摄入量并增强运动活性，而且试验中对禁食大鼠单次脑室注射油酸后12h进行了蛋白表达分析，结果显示大鼠脑室注射油酸显著降低下丘脑NPY的表达。胰岛素和瘦素的快速代谢作用可能与激活选择性中枢神经系统神经元中的ATP通道有关。Obicis等在研究中得出结论：油酸通过激活下丘脑和其他受脑室注射影响的中枢神经系统区域的ATP敏感性钾(KATP)通道，显著增强肝脏胰岛素作用。因此，油酸的代谢作用可能与胰岛素、瘦素一样，都与激活KATP通道有关。脑室注射油酸降低大鼠采食量和NPY的表达说明；油酸可通过下丘脑直接控制食物摄入。此外，脂肪酸合成酶抑制剂显著降低食物摄取量，而脂肪酸合成酶抑制剂的作用需增加选择性神经元中丙二酰辅酶A的浓度。丙二酰辅酶A是一种通过抑制肉毒碱棕榈酰转移酶活性而有效抑制长链脂肪酰基辅酶A(long chain acyl-CoA，LC-CoA)进入线粒体的抑制剂，也是合成脂肪酸的原料。据报道：丙二酰辅酶A也有抑制中枢调节食欲的作用。因此，神经元LC-CoA含量升高可能介导脂肪酸合成酶抑制剂的厌食作用同时造成NPY表达量的下降。另外LC-CoA可以激活下丘脑一些细胞系统的KATP 通道。
花生四烯酸是亚油酸的一种衍生物，花生四烯酸和亚油酸在一定程度上增强或削弱瘦素的作用及其信号通路，从而实现对动物采食的调控。其中，瘦素是一种由脂肪组织分泌的蛋白质类激素，进入血液循环后会参与化合物及能量代谢调节，促使机体减少摄食，增加能量释放，抑制脂肪细胞的合成，进而使体重减轻。为了研究花生四烯酸的中枢采食调控，Cheng等首先研究了中枢注射花生四烯酸对小鼠食物摄入量和体重变化的影响，结果显示与注射生理盐水的对照组相比，瘦素处理组中枢注射花生四烯酸显著降低了小鼠1、4、16和24h的摄食量。而侧脑室注射花生四烯酸后，除1h降低48.59%采食量外，瘦素组与生理盐水组在各时间点的摄取量无显著差异，这说明花生四烯酸减弱了瘦素对采食的抑制作用。Cheng等对花生四烯酸的研究结果表明花生四烯酸的中枢作用是通过抑制瘦素的抑食作用降低了瘦素的中枢敏感性。研究人员进一步研究了花生四烯酸对下丘脑正中基底部(medial basal hypothalamus， MBH)和旁室核(paraventricular hypothalamic nucleus，PVN)瘦素Janus蛋白酪氨酸激酶2/信号转导和转录激活子3(JAK2/STAT3)和磷脂酰肌醇3-激酶/丝苏氨酸蛋白激酶(PI3K/Akt)信号传导途径，结果显示这两条途径均被花生四烯酸处理钝化，这说明花生四烯酸损害小鼠的下丘脑瘦素信号传导。向娜娜研究表明亚油酸在下丘脑N38细胞水平上Toll样受体(TLR，一种对糖和脂肪的摄入起到关键作用的信号)依赖性的减弱信号通路c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)和κB抑制蛋白激酶α/β(κBinhibits protein kinase α/β，IKKα/β)的表达，促进胰岛素及瘦素信号通路的敏感性，从而抑制AgRP的表达和分泌。
棕榈酸是我们饮食中长链饱和脂肪酸的主要来源，高饱和脂肪酸饮食会诱导人类和实验动物的肥胖相关瘦素抵抗，瘦素抵抗是指机体对瘦素不敏感或无反应并出现食欲旺盛、能量消耗减少、肥胖等症状。Cheng等继而研究发现瘦素处理组中枢注射棕榈酸与生理盐水组比较显著降低小鼠采食量。此外，棕榈酸给药后24h，瘦素处理组的体重显著降低。Moon 等针对C57小鼠腹腔注射棕榈酸的结果表明棕榈酸给药后24 h，小鼠表现出类似焦虑的行为但是没有出现运动、食物摄入、抑郁样行为或空间记忆受损行为。其他研究结果表明：中枢注射棕榈酸可促进小鼠采食并引起体重的增加。Cheng等的研究结果说明中枢注射棕榈酸通过抑制食物摄入和降低小鼠体重来降低瘦素敏感性。下丘脑瘦素信号通过磷酸化Janus蛋白酪氨酸激酶2/磷酸化信号转导和转录激活子3(pJAK2/pSTAT3)和磷酸化丝苏氨酸蛋白激酶/磷酸化叉头蛋白O1( pAkt/pFoxO1)信号通路调控能量平衡。通过对下丘脑瘦素信号传导通路的验证，研究人员发现中枢注射棕榈酸削弱了瘦素pJAK2/pSTAT3传导信号，瘦素组与对照组小鼠相比MBH和PVN中的pAkt和pFoxO1含量显著增加，而在棕榈酸预处理的小鼠中没有明显变化，这表明瘦素丝苏氨酸蛋白激酶/叉头蛋白O1(Akt/FoxO1)信号通路也受到了损伤，因此棕榈酸诱导了中枢瘦素抵抗。Benoit 等的研究结果与棕榈酸导致瘦素抵抗相一致。
2.3 中长链脂肪酸调控动物采食的途径
中长链脂肪酸对于动物采食调控有很重要的作用，其调控途径也主要包括外周信号和中枢神经系统调控2个方面。具体涉及以下几个方面(图1)：一方面，中长链脂肪酸通过内脏-中枢神经轴，通过外周信号传导到中枢神经而发挥作用。已有的研究表明：中长链脂肪酸作用于肠道会促进肠道食欲激素如CKK和PYY的分泌，这些外周信号传入中枢引起食欲减退，降低采食。肠道长链脂肪酸处理会提高OEA水平，而Mennella 等验证了口服或腹腔注射OEA有效且持续地减少了大鼠和小鼠的食物摄入量。另一方面，脂肪酸活化过程中中枢神经元LC-CoA的增加需要增加神经丙二酰辅酶A的浓度，丙二酰辅酶A的浓度增加又来自于脂肪酸合成酶抑制剂的作用，上述三种物质均有抑制采食的作用。此外，长链脂肪酸对采食量的调控可能与下丘脑KATP通道的激活有关，试验证实长链脂肪酸及其代谢过程中的LC-CoA可以激活下丘脑一些细胞系统的KATP通道，而下丘脑KATP通道调控葡萄糖稳态。最后，中长链脂肪酸在中枢可能会通过减弱下丘脑瘦素信号传导途径(如JAK2/STAT3、PI3K/Akt 和pJAK2/pSTAT3)实现对动物的采食的作用。
OEA：油酰乙醇酰胺；CCK：胆囊收缩素；PYY：肽YY；KATP：ATP敏感性钾。
图1 中长链脂肪酸对动物采食量的调控机制
3 其他脂肪酸对动物采食的调控
除了以上各类脂肪酸对采食影响的研究，还有研究表明在N38细胞水平上，硬脂酸可以增加Toll 样受体4(TLR4)介导的信号通路JNK蛋白的表达，抑制胰岛素及瘦素信号通路的敏感性，进而增加了AgRP的表达和分泌，参与控制采食和能量平衡。月桂酸能够通过TLR4介导增加信号通路IKKα/β蛋白的表达，从而促进AgRP的表达和分泌，但对胰岛素信号通路蛋白表达无显著影响。有研究表明，在标准蛋白质饲粮中添加二十二碳六烯酸(DHA)显著增加28和35日龄肉鸡体重和采食量，并降低饲料报酬。断奶仔猪补充6周甲酸补充剂，前3周倾向于增加仔猪平均日采食量，有助于改善猪的生长性能。
4 小结
作者：张瑞雪，王丽娜发表于《动物营养学报》2020年第1期。
