類胰島素生長(zhǎng)因子及其營(yíng)養(yǎng)調(diào)控.doc

中國(guó)畜牧雜志2002 年第38 卷第6 期 42 類胰島素生長(zhǎng)因子及其營(yíng)養(yǎng)調(diào)控張克英,陳代文(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究所,四川雅安625014)摘要:動(dòng)物肝臟分泌及肝外組織合成的類胰島素生長(zhǎng)因子( IGF) 是動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育的重要調(diào)節(jié)因子,也是生長(zhǎng)激素和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)發(fā)揮促生長(zhǎng)作用的主要介導(dǎo)因子。IGF 本身的合成與分泌不但受生長(zhǎng)激素的影響,也受營(yíng)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(jī)體物質(zhì)代謝和細(xì)胞生長(zhǎng)中的調(diào)節(jié)作用以及激素和營(yíng)養(yǎng)狀況對(duì)IGF 合成與分泌的影響,為進(jìn)一步研究IGF 與營(yíng)養(yǎng)的關(guān)系提供參考。關(guān)鍵詞:類胰島素生長(zhǎng)因子;生長(zhǎng)激素;營(yíng)養(yǎng)代謝;營(yíng)養(yǎng)調(diào)控中圖分類號(hào):S8521230157 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0258 -7033(2002)06 -0042 -03 動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育受內(nèi)分泌和營(yíng)養(yǎng)的調(diào)控。越來越多的證律對(duì)于了解動(dòng)物的生長(zhǎng)及某些疾病的發(fā)生機(jī)理,運(yùn)用各種(遺據(jù)表明,生長(zhǎng)激素( GH) 和類胰島素生長(zhǎng)因子( IGF) 軸是激素傳和營(yíng)養(yǎng)) 手段實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)的調(diào)控,從而提高動(dòng)物的健康和營(yíng)養(yǎng)實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)調(diào)控的主要機(jī)制。GH 在生長(zhǎng)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(shí)踐意義。調(diào)節(jié)中起著主要作用,幼齡動(dòng)物切除垂體或其垂體具有遺傳1 IGF 4050 年的歷史。早期的認(rèn)識(shí)是通過研的研究概況缺陷,則可導(dǎo)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(jì)50 年代的研究發(fā)現(xiàn),GH 本身不能促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)。Salmon (1957) 2 的血清可以明顯促進(jìn)體格大小或長(zhǎng)骨發(fā)育沒有關(guān)系。如在蛋白質(zhì)、能量缺乏時(shí),動(dòng)些小個(gè)體動(dòng)物血液中GH 的濃度可能與大個(gè)體動(dòng)物相當(dāng),或者比大動(dòng)物更高。對(duì)大多數(shù)動(dòng)物, GH 對(duì)生長(zhǎng)的作用只有1/ 3 , 切除垂體的動(dòng)物仍能達(dá)到正常體格的2/ 31 。上述現(xiàn)象表物出現(xiàn)生長(zhǎng)受阻,但GH 濃度還會(huì)升高,以利于體脂動(dòng)員。某發(fā)現(xiàn),正常大鼠35 S-硫酸鹽進(jìn)入培養(yǎng)的軟骨細(xì)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(jìn)35 S 進(jìn)入軟骨細(xì)胞。說明正常血清中含有某種明,GH 對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育沒有直接作用。(些) 能促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)的因子,GH 的作用是通過這種因子實(shí)現(xiàn)越來越多的研究已經(jīng)表明, IGF 在動(dòng)物生長(zhǎng)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(dǎo)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(dú)特作用。了解IGF 的作用及其變化規(guī)(些) 因子曾被稱為“生長(zhǎng)介素”或“增殖刺激活動(dòng)因子”,1978 年正式命名為類胰島素生長(zhǎng)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(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào),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(xué)報(bào),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(xué)報(bào),1998 ,29 (3) :2122219. ionophore treatment on tissue cations and anions in broiler chicksA . 15 占秀安. 甜菜堿對(duì)肉雛雞的生長(zhǎng)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(jī)理探討D . 浙江農(nóng)業(yè)大學(xué),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(jìn)入血液,與血液中IGF 結(jié)合蛋白( IGF2 BP) 結(jié)合后,被運(yùn)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(jìn)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(duì)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(zhǎng)因子。90 年代期間,對(duì)IGF 的作用及其分子生物學(xué)基礎(chǔ)、IGF 與疾病的關(guān)系、IGF 作用的調(diào)節(jié)等進(jìn)行了大量深入研究,取得了顯著進(jìn)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(duì)方的特異性受體具有一定親和力。量、蛋白質(zhì)和DNA 可促進(jìn)胃腸細(xì)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(dá), 顯增加,養(yǎng)分吸收率顯著提高9 。最近研究表明,動(dòng)物小腸可52 % 。二者的大多數(shù)作用均需要IGF IGF 進(jìn)入血液必須與IGFBP 結(jié)合,才能被輸送到靶組織。動(dòng)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(yùn)IGF , 使其通過內(nèi)皮細(xì)胞,到達(dá)特異性靶細(xì)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(jìn)IGFBP -3 的合成與分泌,但對(duì)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(duì)胰島素的靶組織, IGF 具有胰島素樣的生理功能。對(duì)脂肪組織,IGF 可促進(jìn)葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn),促進(jìn)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(shí)現(xiàn)的, 作用程度只有胰島素效能的1% 2% 。對(duì)肌肉組織,IGF 可促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、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(duì)大鼠肝臟,IGF 促進(jìn)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(dòng)物生長(zhǎng)的直接調(diào)節(jié)物6 ,可以刺激多種細(xì)胞的增殖與分化,促進(jìn)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(shí),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(dá)的轉(zhuǎn)基因小鼠,其肌肉和結(jié)締組織的量顯著提高。IGF 對(duì)豬、牛等動(dòng)物胚胎期肌肉的生長(zhǎng)發(fā)育也有明顯促進(jìn)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(xì)胞的分化幾乎同步發(fā)生7 。牛在妊娠150 天時(shí),肌肉中IGF - 的主要去路。Lang(1998) 10 用狗試驗(yàn)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(dá)到高峰,以后逐漸下降。綿羊與豬IGF -基因的表達(dá)規(guī)律與牛相似,分別在妊娠的80 天和60 天達(dá)到高峰6 。上述結(jié)果表明,IGF 對(duì)胎兒肌肉發(fā)育具有促進(jìn)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(jìn)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(jìn)蛋白質(zhì)合成,不影響蛋白質(zhì)的降解8 。IGF 對(duì)消化道的發(fā)育與功能具有重要作用。母乳促進(jìn)幼畜生長(zhǎng)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?；蜇i高,生長(zhǎng)速度也比后者快。胚胎期生長(zhǎng)受阻的動(dòng)物(或僵豬),出生時(shí)內(nèi)源性IGF -比正常動(dòng)物低,飼喂初乳后明顯提高。給胚胎期生長(zhǎng)受阻的幼畜注射IGF , 血液中IGF -的濃度、動(dòng)物生長(zhǎng)速度和蛋白質(zhì)脂肪沉積率達(dá)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(duì)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(dòng)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(duì)繁殖機(jī)能可能具有調(diào)節(jié)作用。但其作用模式及機(jī)制尚不清楚11 。禽類IGF 的主要生理功能與哺乳動(dòng)物類似,但由于禽類IGF 的結(jié)構(gòu)及其受體類型與哺乳動(dòng)物存在差異,禽類IGF 可能具有與哺乳動(dòng)物不同的其他生物學(xué)作用12 。如外源注射IGF -可以降低胴體脂肪含量,但對(duì)體增重可能沒有明顯促進(jìn)作用;通過遺傳選育培育出的高生長(zhǎng)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(shí)與營(yíng)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(duì)GH 的敏感性顯著高于其他組織。表1 絕食及注入p GH 對(duì)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(zhǎng)激素(p GH) 處理后,血清中IGF -mRNA 的水平迅速提高,但I(xiàn)GF -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(guó)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(zhǎng)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(dǎo)物。IGF -的合成與分泌也受營(yíng)養(yǎng)狀況的調(diào)控。蛋白質(zhì)能量營(yíng)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(yīng)用放免分析技術(shù)準(zhǔn)確測(cè)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(shí),血清IGF -對(duì)注射GH 沒有反應(yīng)。用動(dòng)物的試驗(yàn)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(duì)照小鼠相當(dāng),則絕食小鼠的失重顯著減少,而注射GH 沒有效果16 ,表明營(yíng)養(yǎng)狀況可以直接影響IGF -的合成與分泌。飼喂高能飼糧時(shí),仔豬肝臟IGF -提高,動(dòng)物生長(zhǎng)速度增加。蛋白質(zhì)不足(能量不變) 抑制IGF -的表達(dá),年齡越小,抑制作用越強(qiáng)。氨基酸的充足供應(yīng)是肝臟IGF -基因表達(dá)的必需條件。蛋白質(zhì)營(yíng)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(duì)豬血液和肝臟IGF 及IGFBP -2 的影響見表1 。飼糧營(yíng)養(yǎng)水平影響家禽IGF -。肉仔雞飼喂高能/ 低蛋白日糧時(shí),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(shí)才出現(xiàn)下降17 ,表明IGF -對(duì)蛋白質(zhì)不足比GH 更敏感。肝臟IGF -對(duì)營(yíng)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(xì)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(xì)胞IGF -的合成量下降60 % , 羊肝細(xì)胞下降30 % 。基質(zhì)中是否加入GH , 對(duì)大鼠肝細(xì)胞IGF -的合成量沒有影響,說明營(yíng)養(yǎng)不良時(shí), GH 不能促進(jìn)IGF -的合成。但對(duì)羊肝細(xì)胞,當(dāng)基質(zhì)中無GH 時(shí), IGF -的合成量下降30 % 。動(dòng)物試驗(yàn)與細(xì)胞培養(yǎng)的結(jié)果一致。在蛋白質(zhì)缺乏時(shí),給大鼠注射GH , 并不改變血漿IGF -濃度;但當(dāng)日糧蛋白水平從11 % 提高到22 % 時(shí),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(shí),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(shí)) 或126 % (蛋白質(zhì)攝入量較高時(shí)) 。上述結(jié)果表明,營(yíng)養(yǎng)對(duì)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(duì)營(yíng)養(yǎng)狀況的改變比綿羊更敏感。營(yíng)養(yǎng)調(diào)控IGF -的機(jī)制目前仍不完全清楚。營(yíng)養(yǎng)不良時(shí),IGF -基因的轉(zhuǎn)錄下降,肝臟的GH 受體( GHR) 基因的表達(dá)也降低。但能量或蛋白質(zhì)的作用機(jī)制可能有所差異。Brameld 等(1999) 20 認(rèn)為,能量(以葡萄糖形式) 似乎主要調(diào)控GHR 的表達(dá),而蛋白質(zhì)(以氨基酸形式) 主要調(diào)控IGF -基因的表達(dá)。參考文獻(xiàn): 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