何 榮,張崇志*,張春華,金 鹿,桑 丹,李勝利,額爾德尼布拉格,差樂干,孫海洲*

(1. 內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2. 烏審旗農(nóng)牧技術(shù)推廣中心，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300)

1936年加拿大病理生理學(xué)家Hansselye首次提出應(yīng)激(stress)這一概念，應(yīng)激是指機體對外界或內(nèi)部的各種異常刺激所產(chǎn)生的非特異性應(yīng)答反應(yīng)的總和。這些反應(yīng)可調(diào)整、維持機體內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定，提高機體對外環(huán)境的適應(yīng)力。寒冷是北方地區(qū)動物面臨的一種最普遍的應(yīng)激因素，動物長期處于寒冷環(huán)境下會改變機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，同時也會增加體增熱，降低動物生產(chǎn)性能及飼料利用效率，嚴(yán)重制約畜牧業(yè)發(fā)展。本文主要從冷應(yīng)激對動物血液生理生化指標(biāo)、免疫功能、生產(chǎn)性能以及冷應(yīng)激相關(guān)基因表達的研究進展幾個方面進行綜述。通過分析動物冷應(yīng)激產(chǎn)生的原因和影響，提出抗冷應(yīng)激相關(guān)措施，從而提高我國養(yǎng)殖業(yè)的技術(shù)水平，為動物冷應(yīng)激的研究工作奠定基礎(chǔ)。

1 動物適應(yīng)冷應(yīng)激的生理調(diào)節(jié)機制

冷應(yīng)激作為多種應(yīng)激源的一種，反應(yīng)機制十分復(fù)雜，幾乎涉及動物的所有組織和器官，其中主要由中樞神經(jīng)系統(tǒng)和大腦皮層整合調(diào)節(jié)。通過交感-腎上腺髓質(zhì)軸、下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)軸、下丘腦-垂體-甲狀腺軸以及一些冷應(yīng)激相關(guān)激素共同作用來實現(xiàn)動物機體穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)。冷應(yīng)激發(fā)生時，使交感神經(jīng)活化，并刺激下丘腦神經(jīng)元釋放促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(GRH)和垂體后葉加壓素(VP)，GRH激活去甲腎上腺素神經(jīng)元，交感神經(jīng)興奮加強，促使兒茶酚胺類激素分泌。這些激素作用于皮膚血管，有利于減少機體散熱。此外，室旁核接受傳遞信號，位于背內(nèi)側(cè)核GRH分泌神經(jīng)元活化，GRH釋放進入垂體門脈到達腺垂體，在兒茶酚胺和VP的作用下，腺垂體增加促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)釋放，促進腎上腺皮質(zhì)分泌糖皮質(zhì)激素(GC)。當(dāng)動物機體受到冷刺激時，信息傳遞到下丘腦使促甲狀腺激素釋放激素(TRH)分泌增加，引起腺垂體的促甲狀腺激素(TSH)分泌增加。甲狀腺激素促進肝糖原的合成和糖異生，同時交感神經(jīng)和甲狀腺激素協(xié)同控制產(chǎn)熱器官和褐色脂肪。

2 冷應(yīng)激對動物產(chǎn)生的影響

2.1 冷應(yīng)激對動物血液指標(biāo)的影響

血液中的生化指標(biāo)能夠反映出動物機體的器官或組織所發(fā)生的生理變化以及整體或局部發(fā)生的代謝變化。通過分析血清中豐富的蛋白質(zhì)表達差異，可以反映動物機體的生理環(huán)境，從而判斷動物機體的生理狀態(tài)。楊玉英等分析雛雞冷應(yīng)激前后血清中蛋白質(zhì)的表達差異，發(fā)現(xiàn)果糖二磷酸醛縮酶C(ALDOC)的表達量升高，表明冷應(yīng)激會增強機體能量代謝。也有研究表明，在不同冷應(yīng)激條件下貴妃雞雛雞血液中的γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶、肌酸激酶以及乳酸脫氫酶的活性上升，葡萄糖、鈣、磷以及血清尿素氮含量發(fā)生不同程度的變化，表明冷應(yīng)激會導(dǎo)致機體能量供應(yīng)不足，使血液中某些生化指標(biāo)發(fā)生變化。劉洋等研究發(fā)現(xiàn)，冷刺激對小鼠自發(fā)運動和探究行為有抑制作用，冷應(yīng)激后中樞神經(jīng)系統(tǒng)變化可能是造成小鼠探索行為焦慮和情緒變化趨勢的基礎(chǔ)。當(dāng)動物機體處于冷應(yīng)激條件下，與糖代謝和能量代謝通路相關(guān)蛋白的表達量提高，促進糖等能量物質(zhì)的分解，使機體代謝增強、產(chǎn)熱增加，以應(yīng)對寒冷的氣候環(huán)境。在較高強度冷應(yīng)激下，IgG質(zhì)量濃度降低，說明綿羊機體免疫機能的調(diào)節(jié)及抗炎癥反應(yīng)等功能受到了抑制。

2.2 冷應(yīng)激對動物生理免疫的影響

動物受到冷刺激時，自身難保持機體各部分的熱量及營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)導(dǎo)致機體免疫機能下降。冷應(yīng)激減緩畜禽生長發(fā)育，抑制免疫功能，增加發(fā)病率。當(dāng)動物處于冷應(yīng)激狀態(tài)時，脾臟和淋巴結(jié)對刀豆素和植物血凝素A的反應(yīng)趨勢減弱，降低細胞自然殺傷的活性，對靶細胞攻擊力下降；在一定程度上抑制T淋巴細胞的有絲分裂和DNA合成；損傷漿細胞，阻礙免疫球蛋白合成以及分泌；抑制巨噬細胞對抗原的吞噬，從而抑制抗原的處理。

顧有方等研究發(fā)現(xiàn)，冷應(yīng)激使胸腺和脾臟的器官指數(shù)顯著降低，導(dǎo)致小鼠免疫力降低。冷應(yīng)激會影響應(yīng)激激素及大鼠先天性和適應(yīng)性免疫功能。也有研究表明，急、慢性冷應(yīng)激對雛鵪鶉十二指腸內(nèi)菌群數(shù)量有一定影響，導(dǎo)致種群數(shù)量和種類發(fā)生了變化，影響了鵪鶉腸道內(nèi)消化和免疫功能。冷應(yīng)激作為一種應(yīng)激源，是一種非特異性致病因素，能夠通過干擾動物機體的正常生理活動降低動物抗病能力，促使其他致病因素發(fā)病，導(dǎo)致動物處于非健康狀態(tài)。通過組織病理學(xué)檢查，冷應(yīng)激可引起雞腸道免疫功能的改變。彭福剛等研究發(fā)現(xiàn)，在免疫豬瘟的條件下，低溫環(huán)境顯著降低大白豬血液中白介素-6、干擾素-α的水平，進而降低了豬瘟抗體的水平。汪驍軒等研究發(fā)現(xiàn)，冷應(yīng)激使綿羊內(nèi)環(huán)境和機體代謝受到影響，對機體器官造成一定損害，羔羊脂肪、部分免疫器官造成不利影響，機體造成不同程度的損傷，導(dǎo)致免疫調(diào)節(jié)發(fā)生一定改變。

2.3 冷應(yīng)激對動物生產(chǎn)性能的影響

寒冷刺激引起冷應(yīng)激使動物機體生長受到不利影響，冷應(yīng)激后動物機體需要更多的能量用來產(chǎn)熱，從而降低其生產(chǎn)性能。冷應(yīng)激條件下，不僅肉牛的生產(chǎn)性能受到顯著影響，而且對奶牛產(chǎn)奶性能也有較大影響。有研究表明，當(dāng)溫度分別低于-4 ℃和-20 ℃時，奶牛產(chǎn)奶量分別下降5%和10%以上，荷斯坦-弗里斯奶牛在受到輕微冷應(yīng)激后，產(chǎn)奶量下降約2 kg。Chebel等研究顯示，暴露于寒冷脅迫下的小母牛在授精時受孕的速度比沒有暴露在極端氣溫下的小母牛慢。張士軍等研究發(fā)現(xiàn)，隨著冷刺激的加強綿羊的平均日增重下降甚至出現(xiàn)負增長。汪驍軒等研究發(fā)現(xiàn)，冷應(yīng)激導(dǎo)致綿羊機體屠宰性能降低，肉骨比、凈肉率、去尾脂屠宰率、去尾脂肉骨比均有所下降，而機體為抵御寒冷，皮重/活重略有所上升。也有研究發(fā)現(xiàn)，冷應(yīng)激導(dǎo)致綿羊產(chǎn)奶量大幅度下降，奶中脂肪和蛋白質(zhì)產(chǎn)生的損失分別在7到16和0.2到0.6 g/d/℃(或THI單位)之間。肉雞受到寒冷刺激后，大腿肌肉和胸肌分別有84%和42%的肌肉產(chǎn)生色深、堅硬、干燥等品質(zhì)缺陷。

2.4 冷應(yīng)激對動物抗氧化性能的影響

當(dāng)動物機體受到冷刺激時，通過減少散熱量已經(jīng)不能維持機體穩(wěn)態(tài)，因此就需要機體增加產(chǎn)熱以保持體溫的恒定。增加產(chǎn)熱量需要提高自身代謝水平，通過將營養(yǎng)物質(zhì)進行氧化分解釋放更多熱量，在這個過程中會產(chǎn)生氧化自由基破壞機體中的氨基酸、脂質(zhì)等多種物質(zhì)，對機體產(chǎn)生氧化損傷。根據(jù)機體中丙二醛(MDA)含量的變化趨勢證明，一定程度的冷刺激可以提高綿羊機體抗氧化能力，隨著冷應(yīng)激加強會抑制機體抗氧化性能。王金濤等研究發(fā)現(xiàn)，不論是急性冷應(yīng)激還是慢性冷應(yīng)激都會改變機體的抗氧化功能，誘發(fā)氧化脅迫，體內(nèi)自由基增多導(dǎo)致機體損傷。也有研究表明，肉牛直接暴露于寒冷天氣下，可提高循環(huán)中性粒細胞和單核細胞的水平，有助于淋巴細胞的動態(tài)平衡，但也會因氧化應(yīng)激的增加而激活抗氧化酶。

2.5 動物冷應(yīng)激相關(guān)基因的研究進展

熱休克蛋白(heat shock protein,HSP)是Ritossa在1962年首先在非致死性熱處理后的果蠅的體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，又稱應(yīng)激蛋白。HSP70在正常細胞中水平較低，且高度保守，幾乎在所有生物的應(yīng)激細胞中都經(jīng)常被誘導(dǎo)表達和抑制，只有冷應(yīng)激達到一定程度時才能導(dǎo)致機體HSP70的顯著上升。HSP70是很有前途的候選基因，可獨立在牛群體中進行驗證，也可用于與?？购韵嚓P(guān)的功能研究。研究表明，冷暴露對不同細胞類型中熱休克蛋白的表達均有影響，在冷暴露或恢復(fù)后，熱休克蛋白25、70、72、89、90和98的表達增加。彭孝坤等研究發(fā)現(xiàn)，在急性冷應(yīng)激期間綿羊能通過提高心率增加產(chǎn)熱，降低呼吸頻率減少散熱，增加肝臟、心臟和背最長肌等組織中HSP70家族基因表達量來抵抗應(yīng)激；隨著冷應(yīng)激時間延長降低直腸溫度、抗氧化能力、免疫功能，及脾臟和十二指腸等組織8基因表達量。也有研究發(fā)現(xiàn)，急慢性冷應(yīng)激使雞肝臟中HSP60、HSP70、HSP90、GRP78 mRNA 、炎性相關(guān)因子 mRNA 及蛋白表達明顯上調(diào)，表明急慢性冷應(yīng)激可導(dǎo)致肝臟炎性因子及 HSP 的表達增加。

近年來，miRNA作為一種生物學(xué)標(biāo)志物，已被廣泛用于疾病的早期診斷和某些生理狀態(tài)的評價，冷應(yīng)激可誘導(dǎo)多種動物miRNA呈現(xiàn)顯著性的差異表達。郭文晉等研究發(fā)現(xiàn)，冷應(yīng)激的大鼠肝臟中 miR-383、miR-92a、miR-151、miR-98 和 miR-425的表達均出現(xiàn)極顯著升高，初步表明肝臟可通過動員miRNA的表達來應(yīng)對冷應(yīng)激。隨后發(fā)現(xiàn)，急性冷應(yīng)激條件下，miR-210 的表達顯著增加，上調(diào)miR-210-3p的表達促進了肝臟的糖酵解并增強了細胞線粒體的呼吸能力，初步探究了急性冷應(yīng)激下miR-210的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，表明肝臟 miR-210-3p 的上調(diào)是機體應(yīng)對冷應(yīng)激的首選機制。冷暴露大鼠血清中rno-miR-151-3p、rno-miR-210-3p、rno-miR-425-5p、rno-miR-383-5p、 rno-miR-92a-3p、rno-miR-98-5p和rno-miR-328a-3p顯著降低，但是這7種miRNAs在冷暴露大鼠肝臟中,rno-miR-383-5p顯著降低，其余均顯著升高。這7個miRNAs被認為是大鼠的冷反應(yīng)miRNAs，在冷應(yīng)激反應(yīng)中起著重要作用。在冷應(yīng)激肉雞研究中發(fā)現(xiàn)，垂體中30個基因的表達存在差異性調(diào)節(jié)，這些基因大部分與酶和代謝、細胞發(fā)育、凋亡和一些信號通路有關(guān)。也有研究發(fā)現(xiàn)，冷暴露后絲裂原活化蛋白激酶1(MAPK1)表達增加，吲哚丙酸(IPA)表明MAPK1參與了MAPK信號通路，因此MAPK1可能是動物冷應(yīng)激研究的新候選基因。

3 抗冷應(yīng)激措施

3.1 改善飼養(yǎng)環(huán)境，增加飼料營養(yǎng)，提高飼料利用率

在現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)中要防止寒冷應(yīng)激對家畜產(chǎn)生一系列的應(yīng)激損傷。首先，要有標(biāo)準(zhǔn)化的圈舍，而圈舍的選址、布局就顯得尤為重要，要根據(jù)動物體型大小等因素合力安排圈舍密度。其次，要做好冬季圈舍的保溫工作，避免冷空氣突然進入使動物產(chǎn)生冷應(yīng)激。例如，犢牛在寒冷季節(jié)要加厚褥草，防止受到寒冷侵襲發(fā)生疾病。最后防潮除濕也是控制圈舍溫度的有效措施，潮濕的環(huán)境不利于圈舍保溫，冬季應(yīng)盡量使圈舍保持一定的干燥，及時清理動物糞便。動物在寒冷的冬季為了抵抗寒冷刺激，相比夏季需要更多的能量攝入，必要時可以在飼料中添加適量脂肪，脂肪可代替部分碳水化合物加入飼料。

由于動物腸道內(nèi)的生物鐘系統(tǒng)調(diào)控機體營養(yǎng)物質(zhì)代謝和吸收具有節(jié)律性，因此利用動物機體一天中對營養(yǎng)物質(zhì)需求、消化、吸收和利用的周期節(jié)律性進行科學(xué)精準(zhǔn)飼喂可提高動物生產(chǎn)性能。研究表明，營養(yǎng)水平、攝食的時間和周期對動物機體晝夜節(jié)律的調(diào)節(jié)和代謝有顯著影響，動物消化器官在夜間的機能下降，基礎(chǔ)代謝很低，飲食誘發(fā)的產(chǎn)熱在早上最高，在晚上最低。根據(jù)生物鐘運行的主要環(huán)境因素，通過研究養(yǎng)殖過程中生物鐘的環(huán)境因子的變化與動物生長特性及其營養(yǎng)需求，設(shè)計一天內(nèi)不同營養(yǎng)濃度的飼糧及其動態(tài)飼喂模式，實現(xiàn)動物營養(yǎng)的精確化供給，營養(yǎng)供需達到平衡，不僅可以提高飼料利用率，并最大程度地發(fā)揮其生長性能，還可以促進動物健康，提高養(yǎng)殖效益。近幾年研究表明，高蛋白-低蛋白動態(tài)日糧不僅提高母豬的泌乳量和常乳蛋白含量，影響母乳脂肪酸組成，改善生長豬的生長性能和飼料的利用率，而且顯著縮短繁殖周期；通過采用動態(tài)的飼喂系統(tǒng)，可將氮采食量降低7.3%，排泄量降低12%，飼料成本降低1.0%，顯著提高胴體質(zhì)量；飼喂變動日糧后，反芻動物營養(yǎng)供需達到平衡，糞尿氮排放減少，沉積氮增加，氮利用率提高，微生物蛋白質(zhì)合成量增加；節(jié)律性飼喂不同蛋白濃度日糧不僅可以有效提高細毛羊泌乳中后期母羊體重、日增重、泌乳量、乳脂肪和乳蛋白的含量，而且促進羔羊的快速生長和發(fā)育，泌乳中后期鄂爾多斯細毛羊更適合高-低蛋白節(jié)律性飼喂方式；也有研究發(fā)現(xiàn)，一天飼喂時間和飼喂次數(shù)的不同顯著影響奶牛泌乳的日節(jié)律、機體代謝及瘤胃發(fā)酵功能。因此，通過調(diào)整飼喂制度、配制符合動物腸道內(nèi)的生物鐘調(diào)控機體營養(yǎng)物質(zhì)代謝和吸收節(jié)律性的均衡營養(yǎng)日糧，抵御動物冷應(yīng)激條件下引起的應(yīng)激損傷，可成為經(jīng)濟、簡捷的營養(yǎng)調(diào)控手段，緩解動物冷應(yīng)激。

3.2 添加抗冷應(yīng)激物質(zhì)，培育耐寒品系

在人為不可改變的寒冷條件下，專門研發(fā)冷應(yīng)激專用飼料以保障動物營養(yǎng)的供給。動物日糧中添加抗冷應(yīng)激物質(zhì)可以有效減少冷應(yīng)激對動物造成的應(yīng)激損傷。研究表明，在日糧中添加2.3%和2.8%的抗冷應(yīng)激添加劑后，顯著提高鵪鶉期末的體重、日增重、飼料增重、脾臟指數(shù)和新城疫抗體效價，添加1.8%的抗冷應(yīng)激添加劑可顯著提高胸腺指數(shù)和腔上囊指數(shù)，表明抗冷應(yīng)激制劑有助于提高鵪鶉的免疫功能。蒙藥山奈湯能夠提高雛雞免疫器官指數(shù)，有效緩解急、慢性冷應(yīng)激中血液生化指標(biāo)的變化幅度，調(diào)節(jié)生理平衡。在肉雞日糧中添加姜黃素/納米姜黃素可以緩解冷應(yīng)激對生產(chǎn)性能和腹水綜合征的不良影響，添加200 mg/kg姜黃素/納米姜黃素可顯著改善肉雞生產(chǎn)性能、抗氧化能力和空腸組織健康。也有研究發(fā)現(xiàn)，左旋肉堿可以增加動物機體產(chǎn)熱，增加動物機體脂肪氧化速度，提高動物的飼料轉(zhuǎn)化效率及蛋白質(zhì)的利用效率，在動物冷應(yīng)激反應(yīng)中有一定保護作用。

動物對應(yīng)激的敏感程度與遺傳基因有關(guān)，可以通過培育耐寒品系，淘汰對應(yīng)激敏感的動物，建立抗冷應(yīng)激種群。

4 小 結(jié)

動物機體遭受冷應(yīng)激會引發(fā)不同程度的負面影響，其深入研究可以更好的解釋機體的調(diào)節(jié)機制，這對于提高我國養(yǎng)殖業(yè)技術(shù)水平、生產(chǎn)效益十分有利。在生產(chǎn)實踐中，不僅要在管理水平、飼養(yǎng)方式上減少應(yīng)激損傷，從分子水平上研究與冷應(yīng)激相關(guān)的基因，探明冷應(yīng)激反應(yīng)的分子機制更具科學(xué)價值。