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胆囊收缩素及其在动物生产中的应用

时间:2006-04-15 主题:胆囊收缩素及其在动物生产中的应用 点击:
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孔凡德   郑秋风    刘建新   浙江大学动物科学学院

摘要  胆囊收缩素(CCK)是一种由胃肠道粘膜l细胞分泌的多肽激素。在胃肠道及脑织中广泛分布,它具有广泛的生物学活性,影响胃肠道的分泌、吸收和运动功能;作为一神经肽在中枢和外周神经系统发挥神经递质的作用。

关键词   胆囊收缩素    分子结构   功能   应用

     胆囊收缩素(CCK)是1928年由Ivy和oldbers发现并命名的一种由胃肠道粘膜I细胞分泌的多肽激素。在消化道方面,它能刺激胆囊收缩,促进欧迪氏(oddi)括约肌舒张,刺激胰酶的分泌,参与胃肠运动功能的调节等作用。70年代以来发现胆囊收缩素还广泛存在于中枢及外周神经系统,它表现有抑制摄食行为、降低体温和对疼痛的调制作用,即对抗吗啡和内啡肽的镇痛效应;影响脑内多巴胺和垂体前叶多种激素的释放,另外它还有抗休克作用及信号传递与记忆作用。因此,研究胆囊收缩素的结构、功能及其在畜牧生产中应用将具有重要的理论意义和实践意义。

1胆囊收缩素的分子结构及分子多样性

     Mutt和Jorpes于1971年首先从猪小肠上段分离纯化了CCK并阐明了它是由33个氨基酸残基组成的多肽(CCK-33)。随后的研究表明:CCK存在着多种分子形式,他们均含有生物活性的C一端四肽,区别在于N-端不同长度的延伸。1976年Mutt又发现了CCK-39,它是CCK-33向N一端延伸了6个氨基酸残基的多肽分子,但CCK-39比CCK-33稳定的多,常用于制备抗体。其后在人及多种动物肠道发现了CCK-58、CCK-25、CCK-22、CCK-18、CCK-8、CCK-7、CCK-6和CCK-5。并在绵羊脑中相继分离出CCK-8、CCK-5及CCK-4。最近,从人的小肠分离出了CCK-83。

目前利用分子克隆技术已阐明了大鼠等动物的前胆囊收缩素的氨基酸序列,它由115个氨基酸残基组成。同时研究还表明:猪的前胆囊收缩素在肠及脑组织中是相同的,这就揭示了它是由基因组中单个基因所编码,并可同时在脑及肠中表达,而不同分子形式的CCK由于翻译后加工所致。前胆囊收缩素的结构包括一个氨基端信号肽,单及双碱性氨基酸加工位点,一个酪氨酸残基硫酸化快点和一个a一羧基酰胺化位点。

不同分子形式的CCK具有种属及器官组织的异质性。在胃肠道,CCK基因在小肠的型内分泌细胞翻译表达,并经不完全加工后形成一系列不同长短的羧基酰胺化的CCK混合物。一般认为,肠道中CCK主要以大分子形式为主。CCK-58是目前为止广泛存在于各种属肠道的最大的分子形式,它在人、狗及猫中含量最丰富,其余依次为CCK-39、CCK-33及CCK-8。而在鼠、猫及牛胃肠道,CCK-22则占主导地位。种属差异多为氨基端及CCK-58的中间区域,而决定生物学活性的C一端却无甚差异。在脑组织中发现的CCK分子与胃肠道中的有所不同,是由于CCK基因加工的组织特异性造成。在脑中,CCK主要以小分子的形式CCK-8、CCK-5及CCK-4存在,其中CCK-8含量最高,同时CCK-8也是血循环中CCK的主要形式。

  CCK的生物学功能

2.1  CCK的消化道功能

      CCK具有广泛的生物学活性,它影响胃肠道的分泌、吸收和运动功能,还有代谢、内分泌、血管和营养等作用。

2.1.l分泌作用

在分泌方面,CCK是胰酶合成和释放的强效刺激剂,CCK能使胆汁流量、胆汁中的氯化物和碳酸氢盐的含量或浓度均增加。但单独给予CCK时,不影响胆盐流出量。说明CCK提高了促胰液素对HCO3。的分泌反应。另外,CCK还是胃分泌的弱刺激剂也可刺激肝胆汁流及十二指肠Brunner腺的分泌,可抑制回肠对Na+,K+,CI-的重吸收,促进胰岛素分泌。

2.1.2  胃肠道动力的作用

研究发现,CCK可参与胃肠道运动的调节,CCK可抑制食管下括约肌和幽门括约肌的收缩,抑制近端十二指肠的蠕动,促进远端十二指肠和空肠的蠕动。我国学者在狗侧脑室内注射CCK-8可抑制胃运动,大鼠下丘脑测方或正中部注射CCK-8也能抑制胃运动等。但上述作用,除生理作用外,是否还有药理作用,有待进一步探讨。

2.2    CCK的中枢和周围功能

2.2.1 CCK抑制摄食行为的功能

试验结果证明,不论外周或是中枢给药,CCK都可抑制动物的摄食行为,但其作用机是在中枢还是外周尚有争论。有人认为,CCK抑制摄食行为是通过迷走神经完成的,并提出迷走神经可能含有CCK受体。然而也有大量报道支持CCK抑制摄食行为是一种中枢作用。Della-Fera等将CCK注入羊的侧脑室产生明显的抑制摄食效应。如果再用CCK抗体注射到羊的侧脑室,lh后其摄食行为又明显恢复,而以同样剂量注入外周则不引起摄食行为的改变。提示,CCK可能与脑内受体结合后发挥作用。Care等发现,CCK可促进降钙素的分泌,降钙素可引起大鼠、小鼠、猴和人的强烈厌食反应,其强度远远超过CCK,由此提出,CCK的饱食作用与调节降钙素分泌功能有关。近年来还有人报告,CCK抑制摄食的作用可被阿片受体颌顶剂纳络酮所对抗,并认为,阿片受体是CCK抑制摄食作用的一个中间环节。

2.22   CCK对垂体前叶激素分泌功能的影响

      Money等利用离体实验证实,CCK-8可促进大鼠垂体前叶生长激素(GH)的释放,还发现CCK-8可对抗生长抑素对(GH)分泌的抑制性影响。CCK同系物同样具有促进GH分泌的作用。据此推测,CCK可能是一种与促GH释放因子有关的因素。Ltoh给切断.迷走神经的大鼠腹腔或脑室注入CCK-8,发现血浆皮质酮含量明显升高。Port等发现,CCK-33和CCK-8都可促进肾上腺皮质激素(ACTH)基础释放量。这可能是由于CCK对ACTH释放因子(CRF)影响的结果。进一步给大鼠去卵巢后,在第三脑室注入CCK发现颈静脉血中GH和催乳素含量升高,促甲状激素和黄体生成素含量下降,卵泡生成素含量没有改变。由此可见,CCK对垂体前叶各种激素和释放具有不同的影响。其机理推论可能是作为高级中枢对垂体功能进行调节的一种因素,而不是直接对。垂体细胞产生作用。

2.2.3 CCK-8的镇痛作用

Itch报道CCK-8具有抗吗啡镇痛的同一年,Jurna和Zerier却发现,CCK-8本身具有镇痛作用,将CCK-8注入大鼠皮下,用测痛法发现,动物对热板刺激试验的敏感程度下降,这表明,CCK-8确有镇痛作用。由于CCK-8的镇痛作用可被纳络酮(阿片受体阻断剂)翻转,而且在脊髓片的离体实验中已发现,CCK-8可引起脊髓甲硫脑啡肽免疫活性物质的释放,因此推测,CCK-8的镇痛作用是通过释放阿片肽完成的。对CCK的抗阿片(吗啡)镇痛和本身镇痛作用这种矛盾现象,Faris认为,小剂量使用可对抗阿片镇痛,属生理效应;大剂量使用则产生镇痛效应,属药理效应。

2.2.4 CCK的其它功能

CCK对多巴胺代谢起调节作用,可降低大鼠尾核和弓状核的多巴胺更新率。CCK是一种具有记忆的内源性物质,影响记忆过程,其特点为,作为一种信号将外周信号传至脑,停止进食并开始记忆。CCK还具有中枢抑制作用,可对抗士的宁、戍四氮、苦味毒素等所产生的痉挛发作,同时还具有抗惊厥和抗休克的作用。另外,CCK还具有降低体温的功能。

3 CCK分子的结构及功能(活性)间的相互关系

CCK具有多种分子形成,不同分子形式的CCK在生物学活性、免疫学活性、作用方式及部位上既有相似性又有一定差异。由于CCK在机体的广泛分布及功能多样性,因之对其结构与功能(活性)间相互关系的研究显得尤为重要。

3.1   CCK分子中硫酸酯化作用对其活性的影响

前已提及,CCK分子中酪氨酸(Tyr)残基的硫酸化修饰对其生物活性具有重要意义。Vinayek的研究表明,七肽CCK可刺激胰腺腺泡分泌淀粉酶,而去除Tyr肝的-SO3H后,其生理作用不变但活性却降低100~300倍。由此可见,硫酸化对CCK与受体的亲和力有显著作用,但不影响其固有的生物学活性。Beinfeld研究了酪氨酸残基硫酸化对前胆囊收缩素加工的影响。他用非毒性和酪氨酸硫酸化抑制剂氯化钠处理分泌CCK的甲状腺细胞,结果该细胞的CCK免疫反应性降低50%。  CCK分泌量下降80%。细胞提取物及培养介质的Sephadex G-50层析显示无CCK-8存在,仅在细胞提取液中含有少量的CCK-33及其它较大的CCK分子形式。这些结果表明,前胆囊收缩素分子中酪氨酸的硫酸化对其正确的加工及分类是十分重要的。

3.2   CCK分子中不同结构的肽段表现出生物学活性差异

Okabnyashi用不同的CCK片段对大鼠的胰腺贯注试验发现,CCK-8、CCK-10、CCK-14及CCK-33均能显著刺激胰酶及胰岛素的分泌,而CCK-7的刺激作用较弱,去酰胺化CCK-8、CCK-6、CCK-4、CCK-33却无此作用。表明CCKC一末端的5-8位氨基酸及C一末端的酰胺化氨基酸残基对CCK的胰腺外分泌及胰岛素分泌活性是至关重要的。CCK-7是具有上述功能的最小片段,而CCK-8是具有最高活性的最短片段。

    此外,Eyselein和Reeve在狗的肠道中分离出缺乏一股CCK分子C一末端的CCK片段,进一步研究表明,CCK-8能够增进胰淀粉酶的分泌,CCK-58较 CCK-8的作用弱3~4倍,而CCK-8(l~49)却无此作用,这可能是由于CCK-8分子中的氨基端对于氨基末端所表现的生物活性有屏蔽作用,即阻碍CCK分子C一末端与CCK受体的完全作用。

3.3       CCK一级结构的改变对其活性的影响

Shue研究了CCK C一末端肽段分子中肽键结构对其生物活性的影响。他合成了一系列CCK类似物,其中每个酰胺键依次被反式烷烯结构所代替,所得到的这些双键异构体的生物学活性研究显示,C一末端四肽区域内的每一酸胺键对CCK的活性来说都是重要的。但是在酪氨酸残基N-端以外的酸胺键却可被反式烷烯取代而不影响其与受体的结合性质及生物活性。Schaefer则对CCK-8及其相关肽与CCK-AR及CCK-BR结合的结构要求做了进一步的研究,他首先合成了一组缩短了的CCK-8类似物,然后以旧[H3]-CCK.8及125 I-Bohon-Hunter-CCK-8为放射性配体作置换试验以分析配体与受体间的相互作用。结果表明,CCK-8的五肽衍生物选择性地与CCK-AR结合且表现出高亲和力。用亮氨酸代替第28位或31位的蛋氨酸,用D一色氨酸取代L一色氨酸对于该肽与其受体的结合无显著影响,但是肽链进一步缩短的CCK与其受体的亲和力及选择性均明显降低。

  CCK在动物生产中应用的研究现状

4.1    CCK与动物的采食量

Medonald等指出,动物每天耗料量越多,提高生产量的机会就越多。增加畜禽来食量,使其生产性能提高,常与畜禽生产过程的总体效率提高相联系,因为随着生产力的提高,畜禽用于维持的成本也成比例下降。在实际生产中,用可消化性低的饲料喂动物时,若能增加其采食量,则能以较低的饲料成本维持较高的生长水平。另外,对于仔猪等幼龄动物。要力争使他们早吃料、多食料,故采食量的调控技术研究有其现实意义。由于CCK具有抑制动物摄食的功能,许多学者通过降低血浆CCK浓度或阻断CCK受体的方法来促进动物摄食,已作了大量有益的尝试。

4.2    CCK与单胃动物(猪)的生长性能

      研究发现,猪的瘦肉增重与CCK水平有关。生长速度较慢的阉公猪血浆CCK水平为 11.65 X 10-12  moL/L,而生长速度较快且瘦肉增重遗传潜力较高的猪CCK水平为7。94 x 10-12mol/L,减少约32%。采食后前 30 min内,生长速度较慢的猪其每单位耗料量的CCK-8水平明显高于生长速度较快的猪。因此,可以推论,CCK在这两种品系猪采食量的遗传差异方面起作用。对75日龄至165日龄、体重由25.6增至 92 kg的阉公猪研究结果表明,CCK免疫后采食量及增长速度分别提8.2%与 10.6%,  CCK免疫猪的胴体重增加8.7%,胴体长增加2.4%。瘦肉/脂肪比及蛋白质/脂肪比没有明显差异,但CCK免疫猪的胴体瘦肉及脂肪重增加。CCK免疫后猪的生长速度增加是因为胴体增重增加,但对胴体组成没有影响。但是,体脂随着体重的增加而增加,在达到上市体重时尤其如此,这一点在刺激动物来食量时应该注意。

4.3    CCK抗体与家禽生长性能

给母鸡注射合适抗原可在蛋黄中产生CCK抗体,PARC研究所对3种杂种肉鸡及4个CCK抗体鸡蛋粉水平(0、35、70和 105 g/t)进行了为期42 d的网上平养试验,试验结果表明,添加鸡蛋粉对3种肉鸡的平均体重没有影响,70g/t水平组饲料效率最高,较对照组高 1.86%。日粮鸡蛋粉水平对改善饲料效率具有明显的线性回归及多项回归效应。 ROss x Hi-Y杂种肉鸡的饲料效率对CCK鸡蛋粉的反应与其他杂种鸡略有不同,其饲料效率随CCK抗体水平的提高而增加,在 105 g/t水平达到最高。用死亡率校正的饲料效率与未校正饲料效率结果相一致。105 g/t水平组的死亡率显著低于35 g/t组,且可以根据CCK抗体水平进行多项回归以预测死亡率校正的饲料效率。但在1997年进行的有关肉鸡对0、60、70、80 g/t CCK抗体鸡蛋粉剂量效应的研究结果表明,70及80动水平组鸡的体重及饲料效率显著高于对照组。CCK抗体鸡蛋粉添加水平对于体重、饲料效率及死亡率具有显著的线性及多项回归效应。饲料中添加70及80g/t CCK抗体鸡蛋粉相当于每吨饲料中含有 56 700及65205 Ug的CCK抗体。

4.4    CCK与反刍动物的生长性能

对10周龄的去势羔羊用硫酸化的CCK和人血浆球蛋白进行免疫并用抗人血浆球蛋白免疫作对照,试验结果发现,所有CCK免疫羊均产生抗体,羊的饲料消耗、食欲和体增重均降低,但不影响胴体组成或器官的相对生长。也就是说,CCK不仅仅具有食欲调控因子的活性,还起到免疫增强剂的作用。但Trollt等在公羊上的试验发现,脱硫CCK-8免疫可使公羊的背脂显著变薄。目前,有关CCK对反刍动物生产性能影响的研究较少,而且存在分歧。因此,在这一方面还有待于进一步的研究。

4.5    CCK抗体是较好的抗生素替代品

CCK抗体干燥鸡蛋粉是肉鸡日粮中抗生素的潜在替代物,佐洽亚洲肉鸡研究中心进行的CCK抗体鸡蛋粉单独或与不同抗生素结合使用饲喂肉鸡的效果表明,与对照组相比,每一种抗生素均显著提高了混养鸡的体重,对于混养鸡,补充CCK抗体鸡蛋粉后鸡的体重显著高于杆菌肽甲叉二水杨酸十班贝霉素组或连续使用班贝霉素组,而饲料效率与抗生素处理组相当。美国商品肉鸡公司以 70 g/t CCK抗体干燥鸡蛋粉取代诺克沙星十杆菌肽甲叉二水杨酸或班贝霉素时,饲喂补充CCK抗体干燥鸡蛋粉口粮的肉鸡生长性能与含有诺克沙星十抗生素的常规肉鸡日粮相当。

  影响CCK mRNA表达的因素

5.l采食对 CCK  mRNA水平的影响

采食能影响大脑各区中 CCK mRNA水平,喂后120 min鱼嗅球内的 CCK mRNA水平显著高于 0和30min时的水平,到 240 min时 CCK mRNA水平下降到0时水平,而未饲喂鱼嗅球、视丘脑下部以及前脑区的CCK mRNA水平未见显著的变化前脑区的CCK mRNA水平在喂后 30 min显著低于 0时和宋词喂鱼水平,而后开始回升,到120 min时,饲喂鱼前脑区的CCK mRNA水平显著高于末饲喂水平;视丘脑下部 CCK mRNA水平在喂后 120 min时显著高于其他时间及未饲喂鱼的水平,而在视觉区的CCKmRNA水平不受采食的影响,不过在120和240min时的水平显著高于0时值;在后脑区,喂后120 min时CCK mRNA的水平显著高于其他时间和未饲喂水平,但到 240 min时,   CCK mRNA水平又降到低于0时水平。

5.2日粮蛋白质和氨基酸对CCK mRNA水平的影响

用含酷蛋白 60 %的日粮饲喂小鼠时发现,空肠粘膜内的 CCK mRNA水平显著高于含酷蛋白 20 %组以及合氨基酸混合物20、 60%组,而饲喂60%氨基酸组并不影响 CCK mRNA的水平,但是其CCKmRNA水平平均值低于饲喂20%氨基酸组。

5.3       日粮脂肪对 CCK mRNA水平的影响

研究发现,日粮脂肪可刺激CCK的释放,尤其是长链脂肪酸,如醛脂或软脂、胆固醇及甘油脂等可刺激胃肠道粘膜,引起胃肠道粘膜互细胞CCK的分泌。Himeno的试验发现,对6个年轻健康者进行脂肪小肠注射时显著增加了血浆CCK的浓度,使血浆CCK的浓度从基础值 8.0 pg/mL升到 43.0 Pg/mL。

5.4       药物添加剂对 CCK mRNA水平的影响

     按 30、60、80mg/kg剂量对老鼠进行 PTZ试剂处理,试验结果发现,  60mg/kg剂量的 PTZ腹膜内注射后,第2d老鼠脑海马和颞脑皮层的CCK mRNA水平分别增加40%和 33%,但对注射后的 3 h和第10d的 CCK mRNA水平无显著影响,前脑皮层内的CCK mRNA的水平与海马、颞部有相似的变化趋势,只是在注射PTZ后第2 d并没有显著的变化,上述数据表明,单独注射 60 mg/kg剂量 PTZ并不能迅速增强而是缓慢增加CCK mRNA的表达。 Marksteniner等人用红藻氨酸处理老鼠时发现,红藻氨酸同样可增强 CCK mRNA的表达。

5.5       季节和性别对 CCK mRNA水平的影响

     据Pierre报道,雌性鱼嗅球、前脑区、后脑区及视丘脑下部的CCK mRNA水平不受季节变化的影响,但视觉区中CCK mRNA水平在10月份显著低1、4和7月份;雄性鱼只有嗅球和后脑区的CCKmRNA水平受季节的影响,嗅球内 CCK mRNA水平在10月份显著高于1、4和7月份,而后脑区的CCKmRNA水平在1月份显著低于4、7和10月份。性别对视丘脑下部的CCK mRNA水平无显著影响,但对前后脑区的CCK mRNA水平影响较大,雌鱼 1月份的 CCK mRNA水平显著高于雄鱼,而且在整个4和7月份,雌鱼嗅球和视觉区的 CCK mRNA水平显著高于雄鱼。也就是说,季节变化能影响雌鱼嗅球、视觉区以及雄鱼嗅球、后脑区的CCK mRNA水平,而且性类固醇也影响 CCKmRNA的表达。

5.5       其他因素对 CCK mRNA水平的影响

      研究发现,调控CCK mRNA表达的因素很多,如羔羊禁食可显著降低血浆CCK的浓度;另外母畜怀孕后的不同阶段、中枢神经末端、释放动力学、钙离子、CCK受体、激酶以及磷酸盐等均可不同程度的调控 CCK mRNA表达。

    展望

    CCK从发现至今已有70多年的历史,在经历漫长的研究历程后,它已从经典的胃肠道多肽类激素转变为机体重要的一类脑肠肽。随着分子生物学技术的发展,起来越多的证据表明,CCK已作为多肽生长因子家族的一员参与了机体生命活动的调控。因此,进一步研究CCK的结构、功能及其应用将具有广阔的发展前景。目前CCK在动物营养中的应用虽取得了良好的效果,但CCK抑制动物摄食的机制、CCK受体颉颃剂在动物中的应用及CCK免疫或CCK抗体对动物摄食、生长及胴体组成的影响有待更深入的研究,并且有待于在生产实践中推广应用。


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