類胰島素生長因子及其營養(yǎng)調(diào)控.doc

中國畜牧雜志2002 年第38 卷第6 期 42 類胰島素生長因子及其營養(yǎng)調(diào)控張克英,陳代文(四川農(nóng)業(yè)大學動物營養(yǎng)研究所,四川雅安625014)摘要:動物肝臟分泌及肝外組織合成的類胰島素生長因子( IGF) 是動物生長發(fā)育的重要調(diào)節(jié)因子,也是生長激素和營養(yǎng)物質(zhì)發(fā)揮促生長作用的主要介導因子。IGF 本身的合成與分泌不但受生長激素的影響,也受營養(yǎng)狀況的調(diào)節(jié)。本文在介紹IGF 的研究歷史和生化特性基礎(chǔ)上,綜述了IGF 在機體物質(zhì)代謝和細胞生長中的調(diào)節(jié)作用以及激素和營養(yǎng)狀況對IGF 合成與分泌的影響,為進一步研究IGF 與營養(yǎng)的關(guān)系提供參考。關(guān)鍵詞:類胰島素生長因子;生長激素;營養(yǎng)代謝;營養(yǎng)調(diào)控中圖分類號:S8521230157 文獻標識碼:A 文章編號:0258 -7033(2002)06 -0042 -03 動物的生長發(fā)育受內(nèi)分泌和營養(yǎng)的調(diào)控。越來越多的證律對于了解動物的生長及某些疾病的發(fā)生機理,運用各種(遺據(jù)表明,生長激素( GH) 和類胰島素生長因子( IGF) 軸是激素傳和營養(yǎng)) 手段實現(xiàn)對動物生長的調(diào)控,從而提高動物的健康和營養(yǎng)實現(xiàn)生長調(diào)控的主要機制。GH 在生長發(fā)育的內(nèi)分泌和生產(chǎn)水平與效率具有重要的理論和實踐意義。調(diào)節(jié)中起著主要作用,幼齡動物切除垂體或其垂體具有遺傳1 IGF 4050 年的歷史。早期的認識是通過研的研究概況缺陷,則可導致體格矮小。然而,在某些條件下,GH 的水平與IGF 的研究已有究垂體GH 作用模式而獲得的。20 世紀50 年代的研究發(fā)現(xiàn),GH 本身不能促進細胞生長。Salmon (1957) 2 的血清可以明顯促進體格大小或長骨發(fā)育沒有關(guān)系。如在蛋白質(zhì)、能量缺乏時,動些小個體動物血液中GH 的濃度可能與大個體動物相當,或者比大動物更高。對大多數(shù)動物, GH 對生長的作用只有1/ 3 , 切除垂體的動物仍能達到正常體格的2/ 31 。上述現(xiàn)象表物出現(xiàn)生長受阻,但GH 濃度還會升高,以利于體脂動員。某發(fā)現(xiàn),正常大鼠35 S-硫酸鹽進入培養(yǎng)的軟骨細胞中,而垂體切除大鼠的血清沒有這種作用,在培養(yǎng)基質(zhì)中加入GH 也不能促進35 S 進入軟骨細胞。說明正常血清中含有某種明,GH 對動物生長發(fā)育沒有直接作用。(些) 能促進細胞生長的因子,GH 的作用是通過這種因子實現(xiàn)越來越多的研究已經(jīng)表明, IGF 在動物生長發(fā)育中起著的。后來的研究證明,血清中的這種因子具有與胰島素類似重要的調(diào)節(jié)作用。IGF 既是GH 發(fā)揮作用的最主要介導因子, 的結(jié)構(gòu)和功能,且其功能不受抗胰島素血清的抑制。這種又具有與GH 無關(guān)的獨特作用。了解IGF 的作用及其變化規(guī)(些) 因子曾被稱為“生長介素”或“增殖刺激活動因子”,1978 年正式命名為類胰島素生長因子( IGF) ,1987 年確定為IGF 收稿日期:2000-12-26; 修回日期:2001-09-26 和IGF -3 。4 Smith J W ,Nelsen J L ,Goodband R D ,et al. J .J Anim Sci ,1995 ,73 function in broilers A . Proceedings of the 1984 Maryland Nutrition (Supp1. 1) :83 (Abstr. ) . Conference of feed Manufactures C ,1984 ,29233. 5 Pesti G M , Haper A E ,Sunde M L. J . Poultry Sci ,1979 ,58 : 15412 11 Matthews J O ,Ward T L ,Southern L L. J . Poultry Sci ,1995 ,74 :179 1547. (Abstr. ) . 6 汪以真,占秀安. J . 動物營養(yǎng)學報,1998 ,10 (2) :45251. 12 Finkelstein J D ,Martin J J ,Harris B J ,et al. J . Arch Biochem Bio2 7 占秀安. J . 浙江農(nóng)業(yè)學報,2000 ,12(4) :2092212. phy ,1982 ,218 :1692173. 8 Jeng G, Edgar S A. J . Highluights of Agricultural Research ,1981 , 13 Xue G P ,Snoswell A M. J . Comp Biochem physiol ,1985 ,80B :4892 (28) :6. 494. 9 Gwythet M J , Britton W M. The influence of coccidial infece and 14 許梓榮,占秀安. J . 畜牧獸醫(yī)學報,1998 ,29 (3) :2122219. ionophore treatment on tissue cations and anions in broiler chicksA . 15 占秀安. 甜菜堿對肉雛雞的生長速度、飼料利用、胴體組成和肉Proceedings of the 5th International Coccidiosis Conference C . Tours , 質(zhì)的影響及其作用機理探討D . 浙江農(nóng)業(yè)大學,1996. France ,1989 ,INRA Services des Publications ,2792284. 16 Virtanen E. J . Kraftfutter ,1992 ,6 :2512262. 10 Allen P C. The effect of coccidiosis and feed withdrawal on intestinal Effect of Betaine on Broiler Nutrition and its Mechanism WANG You -ming ,WANG Yi -zhen ,YAN Xin -chun (Feed Science Institute ,Zhejaing University ,Hangzhou 310029) Abstract :Betaine have very important physiological function as methy1 donor in broiler nutrition. Adding betaine has the effect of increasing growth ,improving carcass composition and meat quality ,influencing of coccidial infect. betaine improved the synthesis of RNA and protein ,regu2 lated the amino acid metabolism and the fat metabolism ,induced to increase breast muscle and decrease abdominal fat. Adding betaine can im2 prove the function of gland prtuitary ,increase the content of GH and IGF -1 in serum and induce to improve the growth in animal. Key words :Betaine;Broiler;Nutrition;Carcass composition 綜述 43 80 年代的研究發(fā)現(xiàn),血清中的IGF -主要由肝臟產(chǎn)生。肝臟產(chǎn)生的IGF 分泌進入血液,與血液中IGF 結(jié)合蛋白( IGF2 BP) 結(jié)合后,被運輸?shù)街苓吔M織發(fā)揮作用。IGF 的這種作用方式類似于內(nèi)分泌方式,稱為內(nèi)分泌作用。用特異mRNA 探針技術(shù)證明,體內(nèi)很多組織都可合成IGF , 所合成的IGF 并不進入血液循環(huán),而是在該組織中發(fā)揮作用。這種作用方式稱為旁分泌(paracrine) 或自分泌(autocrine) 作用。IGF -的旁分泌作用與內(nèi)分泌作用同樣重要。組織中的IGF -可能部分來自旁分泌,部分來自內(nèi)分泌,但對不同的組織,二種來源的比例可能不同。IGF -主要在胚胎和胎兒組織產(chǎn)生,是胚胎和胎兒的主要生長因子。90 年代期間,對IGF 的作用及其分子生物學基礎(chǔ)、IGF 與疾病的關(guān)系、IGF 作用的調(diào)節(jié)等進行了大量深入研究,取得了顯著進展。2 結(jié)構(gòu)與性質(zhì)IGF 是一類小分子多肽物質(zhì)(分子量約7500kD) 。IGF 分子中有45 %50 % 的氨基酸序列與胰島素原相同,這一能是血液中IGF -IGF -、IGF 結(jié)構(gòu)特性使二者均可與對方的特異性受體具有一定親和力。量、蛋白質(zhì)和DNA 可促進胃腸細胞的增殖,提高小腸粘膜重含量和絨毛高度,小腸雙糖酶的活性也明IGF -和IGF -之間的結(jié)構(gòu)與功能非常相似受體( 型受體) 參同源性達, 顯增加,養(yǎng)分吸收率顯著提高9 。最近研究表明,動物小腸可52 % 。二者的大多數(shù)作用均需要IGF IGF 進入血液必須與IGFBP 結(jié)合,才能被輸送到靶組織。動物體內(nèi)存在三種不同的血漿IGFBP1 ,4 。IGFBP -1 和IGF2 BP-2 的分子量分別為25kD 和31kD , 二者的主要功能是轉(zhuǎn)運IGF , 使其通過內(nèi)皮細胞,到達特異性靶細胞。IGFBP -3 是一種糖蛋白,分子量53kD , 其主要功能是作為IGF 在血液循環(huán)中的載體,并防止IGF 迅速流出血液,穩(wěn)定血液中IGF 的濃度。GH 與IGF -可以促進IGFBP -3 的合成與分泌,但對IGFBP -1 和IGFBP -2 表現(xiàn)出抑制作用。3 IGF 的生理作用Froesch(1985) 5 綜述了IGF 的作用。對胰島素的靶組織, IGF 具有胰島素樣的生理功能。對脂肪組織,IGF 可促進葡萄糖的轉(zhuǎn)運,促進脂肪、糖原和蛋白質(zhì)的合成,抑制脂質(zhì)水解,提高低Km 磷酸二酯酶的活性,抑制鈣ATP 酶。這些作用是通過胰島素受體實現(xiàn)的, 作用程度只有胰島素效能的1% 2% 。對肌肉組織,IGF 可促進葡萄糖轉(zhuǎn)運、糖酵解,提高糖原和蛋白質(zhì)的合成。這些作用是通過IGF 受體完成的,作用效率只有胰島素的5%10 % 。對大鼠肝臟,IGF 促進葡萄糖吸收的能力為胰島素的1/ 31/5 , 刺激心肌收縮性的能力為胰島素的2% 。研究表明,IGF 是動物生長的直接調(diào)節(jié)物6 ,可以刺激多種細胞的增殖與分化,促進蛋白質(zhì)的合成和結(jié)締組織及骨髓的產(chǎn)生。妊娠小鼠缺乏IGF -和IGF -時,仔鼠的初生重降低40 %, 這種生前的受阻可持續(xù)到成年期。而IGF -過度表達的轉(zhuǎn)基因小鼠,其肌肉和結(jié)締組織的量顯著提高。IGF 對豬、牛等動物胚胎期肌肉的生長發(fā)育也有明顯促進作用。豬在妊娠的第60 天,肌肉中就存在IGF -及型受體mR2 NA , 且型受體mRNA 的濃度比其他任何組織都高,在妊娠7590 天,IGF 與其受體的結(jié)合逐漸提高,這與肌細胞的分化幾乎同步發(fā)生7 。牛在妊娠150 天時,肌肉中IGF - 的主要去路。Lang(1998) 10 用狗試驗表與4 。明,小腸吸收的IGF -量占肝臟釋放量的80 % 。這可能與mRNA 量達到高峰,以后逐漸下降。綿羊與豬IGF -基因的表達規(guī)律與牛相似,分別在妊娠的80 天和60 天達到高峰6 。上述結(jié)果表明,IGF 對胎兒肌肉發(fā)育具有促進作用。IGF 可影響蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)代謝。給人前臂注入IGF -可促進蛋白質(zhì)合成,抑制蛋白質(zhì)降解。IGF -的這種作用與胰島素和GH 都不同。胰島素可抑制蛋白質(zhì)降解,但不影響蛋白質(zhì)合成; GH 則可促進蛋白質(zhì)合成,不影響蛋白質(zhì)的降解8 。IGF 對消化道的發(fā)育與功能具有重要作用。母乳促進幼畜生長可能與IGF 有關(guān)6 。出生后喂初乳的犢?；蜇i,血液中IGF 濃度比喂代乳品的犢牛或豬高,生長速度也比后者快。胚胎期生長受阻的動物(或僵豬),出生時內(nèi)源性IGF -比正常動物低,飼喂初乳后明顯提高。給胚胎期生長受阻的幼畜注射IGF , 血液中IGF -的濃度、動物生長速度和蛋白質(zhì)脂肪沉積率達到正常幼畜的水平。人和豬乳中含有較高的IGF 及其結(jié)合蛋白,對嬰兒或新生仔豬胃腸道的發(fā)育具有重要作用。研究表明,新生仔豬口服或胃管灌注藥理劑量的小腸組織蛋白質(zhì)的快速周轉(zhuǎn)和活躍的免疫及消化吸收功能有關(guān)。動物乳腺、子宮、卵巢、睪丸等組織中均含有IGF 、IGFBP 及IGF 受體,表明IGF 對繁殖機能可能具有調(diào)節(jié)作用。但其作用模式及機制尚不清楚11 。禽類IGF 的主要生理功能與哺乳動物類似,但由于禽類IGF 的結(jié)構(gòu)及其受體類型與哺乳動物存在差異,禽類IGF 可能具有與哺乳動物不同的其他生物學作用12 。如外源注射IGF -可以降低胴體脂肪含量,但對體增重可能沒有明顯促進作用;通過遺傳選育培育出的高生長速度的現(xiàn)代肉雞,其IGF -的合成與分泌量反而下降。4 IGF 合成與分泌的調(diào)控IGF 合成與分泌量受GH 和胰島素的控制,同時與營養(yǎng)狀況有關(guān)。GH 是血液中IGF -濃度的主要調(diào)節(jié)物。垂體切除后, 血清中IGF -的濃度降至正常水平的3%, 而周邊組織中的IGF -降至12 %79 %13 ,表明肝IGF -的合成量顯著下降,肝臟對GH 的敏感性顯著高于其他組織。表1 絕食及注入p GH 對豬IGF 的影響絕食注射p GH 血液IGF - 血液IGF - ? 血液IGF -/ IGF -比 血液IGFBP -2 肝臟IGF -mRNA 肝臟IGFBP -2mRNA 引自Simmen ,199811 。豬用外源生長激素(p GH) 處理后,血清中IGF -mRNA 的水平迅速提高,但IGF -及IGFBP -2 的濃度下降或不受影響。肝臟IGF -及IGFBP -2 的變化規(guī)律與血清相同(表 中國畜牧雜志2002 年第38 卷第6 期 44 1) 。Bell (1998) 14 的綜述表明,豬的體重越大, GH 的促生長效果越好。這一規(guī)律與IGF -及IGFBP 隨年齡的變化模式完全一致。體重小于20kg 的豬,使用GH 后, IGF -及IGFBP 的增加幅度很小,以后隨年齡和體重增加而大幅度提高。這些結(jié)果說明,IGF 也是外源GH 作用的介導物。IGF -的合成與分泌也受營養(yǎng)狀況的調(diào)控。蛋白質(zhì)能量營養(yǎng)不良的兒童血清中IGF 的生物活性很低,而GH 水平仍然很高。應用放免分析技術(shù)準確測定IGF -的研究發(fā)現(xiàn),絕食10 天可使人體血漿IGF -濃度下降70 %15 ,而絕食3 天時,血清IGF -對注射GH 沒有反應。用動物的試驗也得到了相同結(jié)論。將IGF -引入絕食小鼠,使IGF -的量與非絕食的對照小鼠相當,則絕食小鼠的失重顯著減少,而注射GH 沒有效果16 ,表明營養(yǎng)狀況可以直接影響IGF -的合成與分泌。飼喂高能飼糧時,仔豬肝臟IGF -提高,動物生長速度增加。蛋白質(zhì)不足(能量不變) 抑制IGF -的表達,年齡越小,抑制作用越強。氨基酸的充足供應是肝臟IGF -基因表達的必需條件。蛋白質(zhì)營養(yǎng)不良,不僅降低IGF -的生成量,而且提高其清除率6 。絕食對豬血液和肝臟IGF 及IGFBP -2 的影響見表1 。飼糧營養(yǎng)水平影響家禽IGF -。肉仔雞飼喂高能/ 低蛋白日糧時,血漿IGF -濃度下降,降低蛋白質(zhì)水平(5 % CP) 后2 天內(nèi)血漿IGF -下降,而GH 到第8 天時才出現(xiàn)下降17 ,表明IGF -對蛋白質(zhì)不足比GH 更敏感。肝臟IGF -對營養(yǎng)狀況的變化比其他組織更敏感。與采食大鼠相比,絕食大鼠肝臟IGF -水平下降8 倍,而肌肉IGF -水平只下降3 倍18 。MacRae(1992) 19 分別用大鼠和羔羊肝細胞在不同養(yǎng)分濃度(正常濃度的10 %140 %) 的基質(zhì)中培養(yǎng),結(jié)果表明,在25 % 的濃度下,大鼠肝細胞IGF -的合成量下降60 % , 羊肝細胞下降30 % 。基質(zhì)中是否加入GH , 對大鼠肝細胞IGF -的合成量沒有影響,說明營養(yǎng)不良時, GH 不能促進IGF -的合成。但對羊肝細胞,當基質(zhì)中無GH 時, IGF -的合成量下降30 % 。動物試驗與細胞培養(yǎng)的結(jié)果一致。在蛋白質(zhì)缺乏時,給大鼠注射GH , 并不改變血漿IGF -濃度;但當日糧蛋白水平從11 % 提高到22 % 時,血漿IGF -濃度提高60 % 。然而,將灌入綿羊胃內(nèi)的酪蛋白量提高一倍(從600 提高到1200mg/ kg W01751d) 時,血漿IGF -水平只提高20 % ; 而連續(xù)注入GH18 天,可使血漿IGF -水平提高60 % (蛋白質(zhì)攝入量較低時) 或126 % (蛋白質(zhì)攝入量較高時) 。上述結(jié)果表明,營養(yǎng)對IGF -具有直接調(diào)控作用,但調(diào)控程度存在明顯的種間差異。大鼠對營養(yǎng)狀況的改變比綿羊更敏感。營養(yǎng)調(diào)控IGF -的機制目前仍不完全清楚。營養(yǎng)不良時,IGF -基因的轉(zhuǎn)錄下降,肝臟的GH 受體( GHR) 基因的表達也降低。但能量或蛋白質(zhì)的作用機制可能有所差異。Brameld 等(1999) 20 認為,能量(以葡萄糖形式) 似乎主要調(diào)控GHR 的表達,而蛋白質(zhì)(以氨基酸形式) 主要調(diào)控IGF -基因的表達。參考文獻: 1 Campion DR , Novakofki J . Technical perspective of biotechnology for control of growth and product quality in meat product A . Biotechnolo2 gy for Control of Growth and Product Quality in Meat Production : Impli2 cations and Acceptability M . Pvan der Wal , G M Weber ,F J van der Wilt. Pudoc Wageningen. 1991. 17. 2 Salmon WD Jr ,Daughaday WH. J . J Lab Clin Med ,1957 ,49 :825 -836. 3 Daughaday WH , Hall K, Salmon WD , et al. J . J Clin Endocrinol Metab ,1987 ,65 :1075 -1076. 4 Clemmons DR ,Underwood LE. J . Annu Rev Nutr ,1991 ,11 : 393 -412. 5 Froesch ER ,Schmid C ,Schwander J ,et al. J . Ann Rev Physiol ,1985 , 47 :443 -467. 6 Wray -Cahen CD , Kerry DE , Evock -Clover CM ,et al. J . Ann Rev Nutr ,1998 ,18 :63 -92. 7 Louveau I,Combes S,Cochard A,et al. J. Gen Comp Endocrinol , 1996 ,104 :29 -36. 8 Fryburg DA. J . Am J Physiol1994,267:E331-336. 9 Alexander AN ,Carey HV. J Am J Physiol ,1999 ,277 ( Gastrointest Liv2 er Physiol 40) :G619 -G625. 10 LangCH,Frost RA,EjioforJ.etal.J. Am J Physiol , 1998 , 275 ( Gastrointest Liver Physiol 38) :G1291 -G1298. 11 Simmen FA,BadingaL,GreenML,et al.J. J Nutr ,1998 ,128 :315S -320S. 12 McMurtyJP. J. J Nutr ,1998 ,128 :302S -305S. 13 Yang SD ,Novakofski J . J . FASEB J ,1990 ,4 :A521. 14 Bell AW,BaumanDH,BeermannDH,et al.J. J Nutr , 1998 ,128 : 360S -363S. 15 ClemmonsDR,KlibanskiA,UnderwoodLE,et al.J. J Clin En2 docrinol Metab ,1981 ,53 :1247 -50. 16 OSullivanU,Gluckman PD,BreierBH,et al.J. Endocrinology , 1989 ,125 :2793 -2794. 17 Lauterio TJ ,Scanes CG. J . J Nutr ,1987 ,117 :758 -763. 18 Lowe WL,AdamoJrM,RobertsJr,et al.J. Clin Res , 1988 ,36: 48