冷应激对鸡神经内分泌、物质代谢、生理机能的影响及其营养调控研究

王 芳，陈家顺，杨 媚，符晨星,2*

（1.湖南农业大学动物科学技术学院，动物营养基因组与种质创新研究中心，湖南长沙 410128；2.湖南农业大学，湖南省植物功能成分利用协同创新中心，湖南长沙 410128）

在家禽生产过程中，不可避免地会面对不同类型的应激源，例如高温、低温、转群、运输等，而低温是畜禽养殖业最具挑战性的应激源之一。寒冷刺激是北方地区普遍的应激因素之一，根据强度和持续时间的不同，冷应激可分为2 种：急性冷应激为低于常温10～15℃，持续时间为2～24 h；慢性冷应激的持续时间为3～10 d[1]。环境温度低于适合鸡生长的温度水平会对鸡的生长和生产性能[2]、肉品质[3]、动物福利[4]等产生影响。

在冷应激情况下，肉鸡大腿肉及胸肉出现肉色暗沉、质地坚硬、表面干燥的发生率分别为84% 和42%，鸡肉口感也会受到影响[5]。在畜禽养殖业健康可持续发展的大背景下，克服环境冷应激的影响成为养殖业的新挑战。本文从冷应激对鸡神经内分泌、物质代谢、生理机能的影响以及营养调控进行综述，为今后解析冷应激对鸡的生理机能影响机制、防控冷应激的产生及调控措施提供科学依据。

1 冷应激对鸡神经内分泌活动的影响

中枢神经系统及其中枢部位是冷应激反应整合调控中的优势部位，当动物遇到应激时，机体会针对应激反应产生多方面的调节活动，例如通过下丘脑-垂体-肾上腺素皮质轴（Hypothalamic-pituitary-adrenal，HPA）以及下丘脑-垂体-甲状腺轴（Hypothalamic-pituitary-thyroid axis，HPT）等途径达到对机体的调节作用。

1.1 冷应激对HPA 轴分泌活动的影响 HPA 轴在神经内分泌系统中扮演重要地位，是一种应激反应轴。肾上腺是动物体内对环境温度尤为敏感的内分泌腺[5]。HPA的激活以及由此引起的糖皮质激素分泌变化都是应激过程中的特征之一。

Hangalapura 等[6]研究表明，冷应激可引起鸡HPA途径中相关应激激素的分泌异常。Wang 等[7]研究表明，随着冷应激时间延长，下丘脑中促皮质素释放激素（Corticotropin Releasing Hormone，CRH）mRNA的表达水平、促肾上腺皮质激素（Adrenocorticotropin Hormone，ACTH）、皮质醇（Cortisol，CORT）含量均呈现先上升后下降的趋势。也有研究发现，冷应激时，应激源作用于机体的大脑皮层后，会首先引起下丘脑释放CRH[8]。CRH 通过垂体门脉入垂体后激活垂体促皮质区中的CRH 受体，进而刺激ACTH 分泌。同时，冷应激刺激能够进一步促进肾上腺皮质分泌CORT[9]。ACTH 在维持肾上腺的正常形态和生理功能方面十分重要，可刺激肾上腺糖皮质激素(Glucocorticoid，GC)合成[10]。ACTH 的合成和分泌可由垂体前叶在下丘脑CRH 的刺激作用下，经机体的血液循环作用于肾上腺皮质部位。CORT 是GC 的一种，在加强细胞代谢活动、促进蛋白质分解、葡萄糖异生、脂肪动用及维持机体正常产热等方面具有重要作用[11]。

有研究发现，在不同程度的冷应激刺激下会导致鸡机体内分泌变化的不同：急性冷应激时，血液中ACTH、CORT 含量呈先升高后降低的趋势，CRHmRNA 表达水平降低；慢性冷应激时，血液中CORT含量升高，ACTH 含量降低，下丘脑CRHmRNA 的表达水平升高[12]。这种分泌状态的不同可能是由于血液中GC 对CRH 和ACTH 存在负反馈调节机制[10]：慢性冷应激时，机体动员过量GC，抑制了ACTH 分泌或是腺垂体分泌ACTH 的细胞对下丘脑中CRH 敏感性降低。冷应激时，动员机体激素分泌活动，通过葡萄糖异生、蛋白质及脂肪的动用以维持体温恒定、恢复机体的平稳状态[9]。冷应激状态下机体HPA 轴分泌活动所发生的变化见图1 所示。

图1 冷应激下HPA 轴的变化机制

1.2 冷应激对鸡HPT 轴分泌活动的影响 HPT 轴在介导机体产热作用和能量代谢方面具有十分重要的意义，处于应激中的甲状腺机能变化常被作为衡量应激反应的重要指标。研究表明，冷应激能够激活机体HPT 轴，进而影响促甲状腺激素释放激素（Thyrotropin-Releasing Hormone，TRH）、促甲状腺激素（Thyroid-Stimulating Hormone，TSH）的合成及释放[13]。TRH 是一种主要由下丘脑中间基底部的神经元分泌的体温调节激素，作用于腺垂体，促进腺垂体释放TSH。

不同程度的冷应激对同一基因有不同的影响[14]：在急性冷应激后期，鸡下丘脑中TRHmRNA 水平升高，游离三碘甲状腺原氨酸（FT3）、游离甲状腺素（FT4）显著增加；而在慢性冷应激时下丘脑TRHmRNA 水平呈现下降趋势，FT3 呈上升趋势，而FT 4 呈下降趋势。有研究认为甲状腺分泌的FT 3 通过提高机体的基础代谢、促进物质代谢、增加组织的产热量来缓解冷应激[15]。

综上所述，冷应激能从转录水平上改变下丘脑内CRH 及TRH 的分泌，进而使HPA 轴、HPT 轴分泌活动发生改变，并通过增强细胞代谢活动、促进肌肉组织中蛋白质的分解、脂肪分解和脂肪酸氧化、使糖原储存增加，以此使机体的产热增多，保障机体体温的恒定。

1.3 其他内分泌变化 陈兴勇等[16]研究发现，冷应激刺激淮南麻黄鸡后，鸡下丘脑组织中神经肽Y、神经肽Y 受体5 及胆囊收缩素等基因表达均上调。神经肽Y 是机体中有较强促进食欲功能作用的下丘脑神经肽之一，调控机体能量及采食功能；胆囊收缩素则是食欲外周调节系统中的脑肠肽，刺激胰酶分泌与合成。神经肽Y 及胆囊收缩素在冷应激状态中上调，表明冷应激过程中鸡的食欲有所增强。

2 冷应激对鸡物质代谢的影响

2.1 冷应激对机体糖、蛋白质、脂肪酸代谢及代谢途径变化的影响

2.1.1 冷应激引起机体糖代谢变化 冷应激反应是一种机体耗能的过程，通常会导致机体血糖水平变化和能量代谢加强。因此，机体的高血糖反应被认为是冷应激的重要标志[17]。冷应激时，血浆中胰高血糖素含量会随着应激的持续刺激呈现上升趋势。鸡血清中葡萄糖含量在急性冷应激中随着刺激时间的不断延长呈现出先升后降趋势，而慢性冷应激中葡萄糖含量呈上升趋势[18]。机体冷应激过程中，葡萄糖和胰高血糖素分泌增加，说明机体调动体内储备的能量，来适应和对抗冷应激的刺激。

2.1.2 冷应激引起机体蛋白质、脂肪酸代谢发生变化血清中尿素氮、白蛋白、总蛋白含量直接反映机体的蛋白质代谢状况。研究表明急性冷应激后雏鸡血清中尿素氮浓度升高[19]。一般而言，血清中尿素氮含量与机体蛋白质代谢水平呈负相关，血清尿素氮升高说明机体蛋白质分解代谢加强。冷应激时，鸡血清中白蛋白含量呈现先上升后下降的趋势[20]、总蛋白降低[21]。此外，在冷应激过程中，血清尿酸含量显著升高[22]。家禽体内的尿酸来源于体内蛋白质、核酸的代谢产物，故血清中尿酸水平增加表明蛋白质的分解代谢水平增强。

2.1.3 冷应激引起机体代谢途径增强 果糖-1，6-二磷酸酶（Fructose 1，6-bisphosphatase，FBP）在糖异生过程中，可催化果糖-1，6-二磷酸盐转变为果糖-6-磷酸盐，此催化反应是葡萄糖生成的限速步骤之一，果糖-1，6-二磷酸酶的活性与葡萄糖内源性生成呈正相关[23]。研究表明，冷刺激大量产热动员了糖异生过程，使肝脏FBP1基因表达显著增加[24]。另外，黄丽波等[20]研究发现，冷应激加强了雏鸡机体内的糖代谢过程，耗氧量增加，糖酵解过程增强，并通过提高乳酸脱氢酶活性来满足机体抵抗应激所需的能量供应。贺军等[25]研究表明，冷应激导致雏鸡血清中果糖二磷酸醛缩酶C 的表达水平增加。乳酸脱氢酶在环境温度降低时，其在血清中含量增加，表明动物肝脏代谢活动增强，从而促进机体释放能量。果糖二磷酸醛缩酶C 位于线粒体中，是糖酵解过程中的一种关键酶[26]。

因此，当机体在冷应激刺激条件下，其机体血清代谢产物的变化进一步证实了冷应激刺激机体时的能量代谢改变，且引起不同代谢途径中的酶浓度变化及增强代谢途径，从而使机体的物质代谢水平和生理功能逐渐适应低温环境。

2.2 冷应激对鸡脂质代谢的影响 冷应激反应与机体细胞内信号通路相关，尤其与脂联素信号通路密切相关。脂联素受体蛋白1/2（Adiponectin Receptor Protein 1/2，AdipoR1/R2）是脂联素的两种受体，通常情况下脂联素经其受体激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）和过氧化物酶体增殖物激活受体-α（Peroxisome proliferator-activated receptor alpha，PPAR-α）信号转导途径来发挥作用[27]。

研究表明，冷应激可引起鸡肝脏中脂联素及AdipoR1、R2 含量增加，鸡肝脏中1-氨基环丙烷-1-羧酸（1-aminocyclopropane-1-carboxylate，ACC）含量和丙二酰辅酶A 活性在冷应激的各时间段都显著降低，而肝脏肉毒碱棕榈酰转移酶I（CPT1）活性显著增加，表明冷应激可能通过脂联素-AMPK-PPARα途径介导机体脂质代谢[28]。CPT1 是脂肪酸β-氧化的限速酶，AMPK 通过ACC 的磷酸化作用促使CPT1 活性增加，从而提高FAA 氧化。脂联素通过磷酸化作用激活AMPK 途径进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）依赖性的蛋白激酶。Napper 等[19]研究表明，冷应激能降低肉鸡心脏和肝脏ATP 含量，提高肝脏AMP/ATP 比值，表明心脏和肝脏的能量消耗在冷应激过程中增加，同时也激活了AMPK 途径。Zhang 等[30]研究表明，冷应激时，鸡肝脏中PPARα、AMPK 蛋白表达增加，CPT1 活性增加；ACC、丙二酰辅酶A 活性降低，进一步提示冷应激可能通过脂联素-AMPK-PPARα途径介导机体脂质代谢。而PPARα参与调控线粒体和脂肪酸β-氧化通路中相关酶的表达，并且在调控线粒体和脂肪酸β-氧化通路中的COA 合成酶、CAT1 等调节上有重要作用。脂联素-AMPK-PPARα途径调节冷应激状态下鸡脂质代谢活动的可能机制如图2 所示。

图2 冷应激调控脂联素通路的机制

3 冷应激对鸡生理机能的影响机制

3.1 冷应激对机体免疫机能的影响 在冷应激情况下，肉鸡胸腺、法氏囊的相对重量有所降低[31]，表明肉鸡受到免疫抑制。核转录因子-κB（Nuclear transcription factor-κB，NF-κB）是炎症和免疫稳态的主要调节因子，可被环境应激迅速激活[32]。激活NF-κB 可增加一氧化氮酶（Inducible nitric oxide synthase，iNOS）、环氧化酶（Cyclooxygenase-2，COX-2）、前列腺素E 合酶（Prostaglandin E synthase，PTGEs）和肿瘤坏死因子-α（Tumor necrosis factor-α，TNF-α）等促炎细胞因子的表达水平[33]。孙悦等[34]研究发现，冷应激的雏鸡肝脏中PGEsynthase、COX-2、NF-κB、TNF-α、iNOSmRNA 相对表达量均上调。Hangalapura 等[6]研究发现，冷应激可增强鸡血清中白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-1β（IL-1β）的分泌量。Niu 等[35]认为炎症发生时，COX-2 通过合成PGE2 来发挥促炎作用。PGE2 可诱导炎症细胞释放趋化因子、募集炎性细胞，诱导IL-1、IL-6 表达。

Th1 和Th2 细胞的特征细胞因子分别为γ干扰素（IFN-γ）和白细胞介素-4（IL-4），对免疫调节过程中Th1/Th2 的平衡起着重要作用。应激可能通过改变Th1/Th2 平衡来抑制免疫反应。Su 等[36]研究发现，冷应激增加了肠组织中IFN-γ水平并降低IL-4 含量，同时伴随着肠道炎症反应和Th1/Th2 的失衡。热休克蛋白(Heat Shock Protein，HSP) 参与机体对应激的免疫反应，具有保护上皮细胞完整性和缓解应激损伤的功能。Wei 等[37]研究表明，急性冷应激中鸡十二指肠和回肠HSP90 水平降低。综上所述，冷应激状态下机体免疫状态发生改变，造成免疫抑制。

3.2 冷应激引起机体氧化损伤 冷应激会破坏机体的抗氧化系统的平衡，诱导机体产生氧化应激，导致自由基大量生成。Xu 等[38]研究表明，冷应激时鸡肠道组织中的SOD 活性和总抗氧化能力（Total Antioxidant Capacity，T-AOC）随着冷应激时间的延长而下降，但MDA 含量显著升高。Wei 等[37]研究发现，冷应激后鸡血清中MDA 含量较高，且GSH-Px 和SOD 活性水平降低，结果表明动物机体在冷应激过程中抗氧化系统遭到破坏且发生了脂质过氧化反应。当过量的氧自由基积累时会引起机体脂质过氧化发生，导致细胞坏死，释放大量炎症介质，后者会刺激iNOS 表达增加[39]而胰岛素抵抗指标升高、胰岛素敏感指标及血清中胆碱酯酶活性下降[39]。胰岛素抵抗作用下增加了活性氧生成，胰岛素抵抗能力提升也是机体出现氧化应激的一个重要标志。研究发现，冷应激过程中蛋鸡血清中胆碱酯酶的活性下降[40]。机体受刺激产生的MDA 会与多不饱和脂肪酸侧链发生脂质过氧化作用，导致细胞中形成脂质过氧化物并进一步氧化细胞膜中的多不饱和脂肪酸，破坏膜的完整性。肝脏脂肪酸结合蛋白（Liver Type Fatty Acid Binding Protein，L-FABP）与多不饱和脂肪酸及脂质过氧化物具有很高的亲和力，可防止脂质过氧化物的形成和多不饱和脂肪酸的氧化，从而保护机体免受损伤[41]。研究表明，冷应激时肝脏组织中的L-FABPmRNA 表达量下调[42]，表明机体在冷应激时受到氧化损伤。

综上所述，冷应激会导致机体抗氧化性能抑制，主要体现在：抑制机体的抗氧化功能，如通过下调SOD、GSH-Px 活性诱导MDA 产生；诱导产生脂质过氧化物的形成、导致自由基的产生，造成机体氧化损伤。

3.3 冷应激对消化道健康的影响 肠道是营养物质的主要吸收场所，在维持机体免疫功能方面起重要作用。Su 等[36]研究发现，急性冷应激后，鸡回肠组织严重受损，回肠绒毛黏附、肿胀、断裂，并伴有细胞缺失。张雯[43]研究表明，冷应激时雏鸡空肠中紧密连接蛋白OccludinmRNA 的表达下降，表明雏鸡肠黏膜屏障功能减弱、通透性升高。同时冷应激能够上调雏鸡空肠COX-2mRNA 表达量，提高PGE2 含量，而过量的PGE2 可引起肠黏膜炎症反应发生[43]。杯状细胞的主要功能是分泌具有对肠上皮有保护作用的黏蛋白，杯状细胞下降表明机体肠上皮作用减弱[44]。肥大细胞的过度激活是炎症性疾病的重要病理机制，应激可以作用于神经或肥大细胞来增加离子分泌，消耗杯状细胞，增加肠道通透性。急性冷应激2 h 时，雏鸡腺胃肌层中的肥大细胞数目明显增加[45]。此外，Tsiouris 等[46]研究发现，冷应激组中产气荚膜梭菌数量增加，并且肠黏膜有严重的弥漫性凝固性坏死，纤维蛋白在坏死黏膜上的细胞碎片丰富附着。

综上所述，冷应激会通过多方面来影响消化道健康，体现在：①引起肠道形态改变，降低肠绒毛高度，增加肠道通透性；②诱导肠道的炎症反应，改变肠道细胞的分泌来诱导肠道发生病变，同时也提示经常遭受冷应激可导致消化道溃疡病症出现；③引起肠道内环境发生改变，如引起产气荚膜梭菌数量增多。

4 鸡冷应激状态下的营养调控

正常生理状态下机体所摄入的能量主要用以维持生产，但遭受冷应激动物摄入的能量绝大部分用于机体产热及维持正常体温。长期处于冷应激环境下的动物其机体能量储备会发生下调，而营养调控作为缓解冷应激对机体影响的有效手段，能有效地维持机体的正常生理功能。线粒体是细胞ATP 产生的主要场所，同时也是活性氧产生的主要来源地，产生过多的超氧化物会导致线粒体的氧化应激损伤，引发多种病变，因此维护机体的抗氧化状态十分重要。

Yang 等[47]研究表明，冷应激状态下肉鸡饲料中添加10 mL/kg 富硒芽孢杆菌发酵液可改善鸡肉肉色，且具有较强的抗氧化和代谢调节作用，可以有效清除自由基。研究发现，冷应激状态下，饲粮中添加0.1% N-乙酰半胱氨酸可维持肉鸡的肠道形态和能量状况，提高冷应激状态下肉鸡肠道的抗氧化能力，还可以通过调控肠道紧密蛋白Claudin-5mRNA 的水平来改善机体肠道屏障功能[48]。

另一方面，如前所述，应激状态下可以产生炎症反应及引起机体的组织器官损伤，因此营养调控机体的免疫状况十分有必要。Kalia 等[49]研究表明，在冷应激饲养环境的肉鸡饲粮中添加200 mg/kg 杏仁提取物可减少促炎因子产生。肖双双等[50]研究表明，饲粮中添加1.0%～2% 谷氨酰胺可以提高冷应激下雏鸡生长性能，提高胸腺指数与法氏囊指数。程玉芳等[51]研究表明，种公鸡饲粮中添加0.6～1.0 mg/kg CrCl3能显著抑制由冷应激引起的LDH 表达量变化，缓解冷应激对机体细胞膜的损伤作用；并能抑制血清中蛋白质分解，增强机体的免疫功能。此外营养调控还能有效地保护机体健康，维护机体在冷应激时下的正常生理机能活动（表1）。

表1 鸡冷应激状态下的营养调控

5 小 结

冷应激对鸡神经内分泌活动、物质代谢均会产生影响，且可导致机体炎症产生、诱导组织损伤、引起氧化应激、诱导免疫抑制及危害消化道健康。目前关于冷应激对鸡影响的研究较少，不同的持续时间对鸡生理功能的影响程度不同，因而及时预判机体是否受到应激刺激在实际生产中十分重要。冷应激对鸡生理机能的影响涉及生化、生理和分子生物学等各个层面，对其的研究应更深入、系统；且营养调控在冷应激状态下的生产应用研究较为匮乏，添加剂种类的不同对预防应激产生的效果也不一。在未来研究中应注重以下方面：①深入研究基因、细胞信号传导通路等在冷应激状态下的变化机制；②积极地研究及确定应激中的敏感指标，为及时判断冷应激的发生提供依据，以避免生产中的经济损失；③冷应激下营养调控技术的优化、适宜的添加剂种类及添加量仍需进一步探究。