動(dòng)物性情影響健康及生產(chǎn)性能的腦-消化道-微生物軸反饋機(jī)制研究進(jìn)展

張謹(jǐn)瑩，金衡宇，丁洛陽，王夢(mèng)芝*，楊慶勇，陳 寧*

（1.省部共建綿羊遺傳改良與健康養(yǎng)殖國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆農(nóng)墾科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，新疆石河子 832000；2.揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009）

在過去的十幾年里，動(dòng)物性情對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)的作用以及動(dòng)物福利生產(chǎn)的概念逐漸普及，越來越多的研究人員參與到動(dòng)物性情的研究中。當(dāng)動(dòng)物被暴露在一個(gè)新奇的應(yīng)激環(huán)境中，動(dòng)物個(gè)體會(huì)經(jīng)歷感知外部環(huán)境、評(píng)估環(huán)境變化和有針對(duì)性地做出一些生理和行為上的反饋3 個(gè)階段。除此以外，動(dòng)物機(jī)體還會(huì)通過調(diào)控生理反饋，如調(diào)節(jié)生長(zhǎng)激素、類固醇激素（皮質(zhì)醇、睪丸素及雄性激素）以及神經(jīng)遞質(zhì)[五羥色胺（5-HT）、氧化毒素及多巴胺]等水平以應(yīng)對(duì)所處環(huán)境的變化。因此，在動(dòng)物性情研究中，也將動(dòng)物個(gè)體面對(duì)應(yīng)激環(huán)境時(shí)，在行為及生理反饋上所表現(xiàn)的差異定義為動(dòng)物性情。性情與動(dòng)物的生長(zhǎng)性能、健康、肉品質(zhì)等密切相關(guān)。隨著對(duì)精神類疾病的深入研究，消化道微生物可通過腦-消化道-微生物軸對(duì)宿主進(jìn)行雙向調(diào)控。消化道微生物通過改變結(jié)構(gòu)或產(chǎn)生不同的代謝產(chǎn)物影響神經(jīng)遞質(zhì)的傳遞從而改變大腦行為，而宿主也可以通過神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等改變消化道微生物的組成和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其功能。本文以動(dòng)物性情為切入點(diǎn)，探究腦-消化道-微生物軸對(duì)動(dòng)物健康與生產(chǎn)的反饋機(jī)制，以期為消化道微生物與宿主間代謝互作關(guān)系的研究提供參考。

1 動(dòng)物性情對(duì)健康的影響

近期研究表明，緊張型性情對(duì)動(dòng)物免疫功能有負(fù)面影響。最初在對(duì)嬰兒應(yīng)對(duì)應(yīng)激源表現(xiàn)出不同反應(yīng)的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，表現(xiàn)溫和的嬰兒血清中腫瘤壞死因子-（Tumor Nеcrosis Factor-，TNF-）和白細(xì)胞介素-1（Intеrlеukin-1，IL-1）水平低于表現(xiàn)較強(qiáng)反應(yīng)的嬰兒。對(duì)不同性情湖羊的測(cè)定試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，安靜型湖羊血清中TNF-和IL-1濃度較低，這表明炎癥信號(hào)的基線水平較低。此外，安靜型性情的動(dòng)物具有較低的血清皮質(zhì)醇濃度，這與生長(zhǎng)效率的提高和免疫功能的增強(qiáng)有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，緊張型婆羅門牛及美利奴羊動(dòng)物的免疫球蛋白-G（ImmunoglobulinG，IgG）和免疫球蛋白-M（ImmunoglobulinM，IgM）低于安靜型。Sapolsky 等發(fā)現(xiàn)，性情對(duì)免疫力的影響與應(yīng)激激素的刺激和抑制作用有關(guān)。另外，與性情調(diào)控相關(guān)的下丘腦-垂體-腎上腺軸（HPA 軸）中促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素（CRH）誘導(dǎo)的皮質(zhì)醇釋放可抑制T 細(xì)胞增殖以及降低自然殺傷細(xì)胞的細(xì)胞毒性。集約化生產(chǎn)系統(tǒng)容易誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，在生產(chǎn)中選擇具有強(qiáng)抗氧化能力的動(dòng)物更具優(yōu)勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn)，運(yùn)輸壓力會(huì)降低馬和牛的血漿中超氧化物歧化酶（Supеroxidе Dismutasе，SOD）活性。在豬生產(chǎn)中，氧化應(yīng)激標(biāo)記物也會(huì)因?yàn)楸┞队趹?yīng)激條件下而增加。如果1 只嚙齒類動(dòng)物腳部受到電擊時(shí)發(fā)出聲音，而另1 只嚙齒類動(dòng)物聽到這些聲音，氧化應(yīng)激標(biāo)記物也會(huì)增加。綜上所述，安靜型動(dòng)物對(duì)環(huán)境的感知壓力較小，抗氧化能力更強(qiáng)，并且比性情緊張的動(dòng)物具有更好的免疫功能。

2 動(dòng)物性情對(duì)生產(chǎn)性能的影響

2.1 動(dòng)物性情對(duì)繁殖性能的影響 迄今為止，性情對(duì)動(dòng)物繁殖力的影響尚未深入研究。但性情可能直接或間接地對(duì)家畜的繁殖力產(chǎn)生巨大影響。前期研究發(fā)現(xiàn)，易緊張的內(nèi)洛奶牛在授精40 d 后的妊娠率較低；具有攻擊性的安格斯× 赫里福德奶牛的懷孕率和產(chǎn)犢率都較低；安靜的美利奴羊母羊具有更高的自發(fā)性排卵率和更多的多胎妊娠，但妊娠率不受影響；母羊?qū)π坌缘囊赘行院徒邮苄砸才c其性情有關(guān)。這些結(jié)果部分是受到與性情相關(guān)的神經(jīng)內(nèi)分泌應(yīng)激反應(yīng)（下丘腦釋放GnRH 和垂體釋放黃體生成激素）的影響。生殖功能生理過程的紊亂導(dǎo)致雌二醇分泌減少、排卵延遲和發(fā)情行為減少，從而會(huì)導(dǎo)致生殖效率降低。早期在人類身上的研究發(fā)現(xiàn)，母體在產(chǎn)前抑郁會(huì)使得母體去甲腎上腺素（NE）、皮質(zhì)醇水平升高，并且與較低的胎兒體重、早產(chǎn)和較低的出生體重顯著相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，母體NE 升高與胎兒血流受損有關(guān)，隨后導(dǎo)致胎兒生長(zhǎng)受限和出生體重降低，而母體皮質(zhì)醇水平升高預(yù)計(jì)會(huì)導(dǎo)致早產(chǎn)。此外，Lundy 等發(fā)現(xiàn)，新生嬰兒的皮質(zhì)醇和NE 水平與抑郁母親的皮質(zhì)醇和NE 水平升高相似。綜合以上數(shù)據(jù)，提示新生兒生理、生化和行為的差異可能與其母親在應(yīng)激下的不同生化特征有關(guān)，這意味著母親的性情在胎兒的神經(jīng)行為發(fā)育和生長(zhǎng)中也起著重要作用。美利奴羊的研究結(jié)果表明，母性與母性行為高度相關(guān)，性情安靜的母羊相較性情緊張的母羊胎位停留的時(shí)間更長(zhǎng)，羔羊死亡率和斷奶時(shí)的產(chǎn)仔數(shù)均減少，舔羊的次數(shù)也更多。在湖羊研究中也發(fā)現(xiàn)，緊張型湖羊舔毛次數(shù)顯著高于安靜型湖羊?？傊o張型性情使得動(dòng)物更易產(chǎn)生壓抑心理，繁殖性能受到抑制。

2.2 動(dòng)物性情對(duì)生長(zhǎng)性能和飼料利用率的影響 性情對(duì)生長(zhǎng)性能和飼料利用率的影響多種多樣。在牛對(duì)被約束和被人類控制的行為反應(yīng)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，安靜的牛生長(zhǎng)更好更快、平均日增重更大。在根據(jù)從1（安靜）到5（高度興奮）對(duì)豬進(jìn)行活動(dòng)評(píng)分的分類研究中發(fā)現(xiàn)，活動(dòng)評(píng)分和體重之間密切相關(guān)。在對(duì)婆羅門牛和安格斯牛的研究中發(fā)現(xiàn)，高度緊張的牛除了日增重受到影響外，干物質(zhì)的攝入量也會(huì)減少。不同性情湖羊采食時(shí)長(zhǎng)和干物質(zhì)消化率存在個(gè)體間差異，表現(xiàn)為安靜型的個(gè)體采食時(shí)長(zhǎng)更長(zhǎng)，干物質(zhì)消化率更高，更利于開展育肥工作。然而，Pеthеrick 等發(fā)現(xiàn)，不同性情牛具有相似的采食量，但性情安靜的牛的活重和飼料轉(zhuǎn)化效率顯著較高。這意味著生長(zhǎng)性能不只受性情對(duì)采食量調(diào)節(jié)作用的影響，也有其他影響因素。動(dòng)物對(duì)應(yīng)激源的感知決定其對(duì)周圍環(huán)境的應(yīng)激反應(yīng)，而應(yīng)激源與動(dòng)物性情相關(guān)，因此性情緊張的動(dòng)物可能在應(yīng)激反應(yīng)中會(huì)消耗更多能量，導(dǎo)致飼料轉(zhuǎn)化效率下降。此外，動(dòng)物的生長(zhǎng)可能受到與性情調(diào)控相關(guān)的HPA 軸的激活以及糖皮質(zhì)激素釋放的影響，表明動(dòng)物性情與動(dòng)物的氮利用率和生長(zhǎng)呈負(fù)相關(guān)。

2.3 動(dòng)物性情對(duì)產(chǎn)奶量的影響 動(dòng)物性情和產(chǎn)奶性狀之間具有聯(lián)系。在對(duì)西門塔爾奶牛的研究中發(fā)現(xiàn)，安靜型奶牛平均產(chǎn)奶量高于緊張型奶牛。Dimitrovivanov 等也發(fā)現(xiàn)，母羊的產(chǎn)奶量多少排序?yàn)榘察o、中等和緊張型。奶牛的產(chǎn)奶量與泌乳量有關(guān)，即一旦泌乳期的泌乳量受到抑制，乳腺泡的部分乳汁將作為殘余乳汁留在奶牛體內(nèi)，從而影響牛奶的生產(chǎn)。在擠奶期間，擠奶機(jī)和人類接觸造成的應(yīng)激促進(jìn)了腎上腺素和NE 等兒茶酚胺的釋放。這些激素通過阻斷催產(chǎn)素的釋放來阻止乳汁噴射反射，催產(chǎn)素導(dǎo)致乳汁從肺泡排出進(jìn)入乳腺導(dǎo)管系統(tǒng)，抑制催產(chǎn)素對(duì)乳腺肌上皮細(xì)胞的影響，或者直接減少流向乳腺的血流量。除了對(duì)泌乳量影響外，與安靜的奶牛相比，緊張的奶牛泌乳速度較慢，泌乳時(shí)間較長(zhǎng)。

2.4 動(dòng)物性情對(duì)屠宰性能和肉品質(zhì)的影響 研究表明，安靜型美利奴羊及內(nèi)洛爾牛的胴體重量和胸腰最長(zhǎng)?。↙TL）面積均比緊張型高，但性情與背膘厚度間不相關(guān)；緊張型湖羊的屠宰率低于安靜型湖羊，并且安靜型湖羊瘤胃上皮乳頭寬大，角質(zhì)層更薄，能更好地吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。肉品質(zhì)包括外觀、口感和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，可通過pH、肉色、持水性、剪切力、特殊風(fēng)味等一系列綜合理化指標(biāo)來判斷。屠宰前應(yīng)激的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度會(huì)影響肉品質(zhì)特性。慢性應(yīng)激和屠宰前應(yīng)激的變化，如接觸人類、屠宰前處理、新環(huán)境、禁食、運(yùn)輸和社會(huì)結(jié)構(gòu)，都會(huì)對(duì)動(dòng)物的肉品質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響。性情緊張的牛對(duì)刺激的反應(yīng)更廣泛，糖皮質(zhì)激素的基礎(chǔ)濃度也更高。這表明動(dòng)物的性情可能在應(yīng)激反應(yīng)的程度中起重要作用。所以要調(diào)控好動(dòng)物的性情，從而減少應(yīng)激介導(dǎo)的肉質(zhì)損失。肌肉僵直是從糖元降解、乳酸積累引起的酸化開始的，屠宰時(shí)肌肉中糖原的濃度對(duì)肉品質(zhì)起著重要的作用，而pH 與糖原密切相關(guān)，因此pH 的變化對(duì)肉品質(zhì)優(yōu)劣十分關(guān)鍵。在對(duì)婆羅門牛的研究中發(fā)現(xiàn)，pH 的降低率受緊張性情的影響，神經(jīng)緊張的牛的烹飪損失、剪切力較大，肉色較深。而Campo 等發(fā)現(xiàn)，最終pH 并不受性情的影響，但對(duì)肉品質(zhì)有負(fù)面影響。緊張型湖羊在死后的最初24 h 內(nèi)肌肉pH 較高，腰部肌肉顏色較深（紅色和黃色指數(shù)較低），這可能與血漿皮質(zhì)醇水平較高有關(guān)。

3 動(dòng)物性情影響健康與生產(chǎn)的腦-消化道-微生物軸反饋機(jī)制

消化道微生物作為機(jī)體重要的“器官”，與宿主之間存在復(fù)雜的互作關(guān)系，影響機(jī)體的免疫代謝等功能。近期在對(duì)抑郁癥等精神類疾病的深入研究中，通過構(gòu)建無菌動(dòng)物模型，人們發(fā)現(xiàn)消化道微生物能夠通過腦-消化道軸對(duì)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)、消化道系統(tǒng)以及免疫系統(tǒng)等進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而對(duì)宿主的大腦功能和個(gè)體行為產(chǎn)生影響；反之宿主也能根據(jù)其飲食和行為調(diào)節(jié)消化道微生物結(jié)構(gòu)，影響微生物功能。對(duì)此，研究者將其定義為腦-消化道-微生物軸。隨著集約化養(yǎng)殖的大規(guī)模發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)動(dòng)物性情對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)性能及健康具有重要影響。相較而言，安靜型動(dòng)物具有更高的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，因此為了選育出優(yōu)質(zhì)畜禽，動(dòng)物性情的調(diào)控機(jī)制也得到廣泛關(guān)注，腦-消化道-微生物軸概念的提出也為其提供了新的思路。

前期研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機(jī)體產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)時(shí)會(huì)通過腦-消化道軸進(jìn)行調(diào)節(jié)，胃腸道經(jīng)神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)還有免疫系統(tǒng)將信息反饋至大腦，對(duì)大腦產(chǎn)生一定影響；反之大腦也可以經(jīng)這些系統(tǒng)調(diào)節(jié)胃腸道系統(tǒng)。消化道微生物群落作為腦-消化道軸的重要部分，其結(jié)構(gòu)的改變會(huì)影響宿主的行為，而宿主不合理的飲食及反常危險(xiǎn)的行為也會(huì)導(dǎo)致消化道微生物紊亂，產(chǎn)生不同代謝產(chǎn)物，經(jīng)腦-消化道軸對(duì)宿主健康產(chǎn)生影響。

前期研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激對(duì)肉品質(zhì)影響的機(jī)制與HPA軸[ 釋放CRH 和精氨酸血管加壓素（AVP）、促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH）] 的激活和調(diào)節(jié)有關(guān)，HPA 軸能夠在慢性條件下進(jìn)行調(diào)控，應(yīng)激反應(yīng)、HPA 軸和消化道微生物之間具有雙向調(diào)控關(guān)系，消化道微生物經(jīng)腦-消化道軸激活并影響HPA 軸。微生物紊亂（如擬桿菌門、擬桿菌科、紫單胞菌科、擬桿菌屬在模型組門、科、屬水平上的豐富度明顯高于正常組時(shí)）會(huì)導(dǎo)致HPA 軸活動(dòng)更為強(qiáng)烈，并且產(chǎn)生大量的ACTH 和腎上腺素。相反，應(yīng)激反應(yīng)和HPA 軸也能反向調(diào)控消化道微生物的多樣性。如Gallеy 等研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激狀態(tài)下會(huì)造成消化道微生物組成和功能的改變；Ja?arеvi? 等研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激反應(yīng)下NE 的釋放會(huì)影響宿主消化道微生物的生長(zhǎng)和組成；母子分離產(chǎn)生的應(yīng)激會(huì)改變消化道微生物的結(jié)構(gòu)和組成。在無菌動(dòng)物研究中也發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激狀態(tài)下其HPA 軸釋放的皮質(zhì)激素對(duì)消化道結(jié)構(gòu)及通透性具有影響。Pеtraad 等的研究也發(fā)現(xiàn)，急性或慢性的應(yīng)激造成的CRH 釋放也會(huì)增加消化道通透性。

5-HT 和動(dòng)物性情有一定聯(lián)系，而消化道微生物能直接或間接影響消化道5-HT 的合成及表達(dá)。如Dang等研究發(fā)現(xiàn)，消化道微生物紊亂能直接降低外周血中5-HT 含量。除此之外，消化道微生物還可通過影響5-HT 的前體物——芳香族氨基酸來影響5-HT 含量。針對(duì)5-HT 與性情之間的聯(lián)系，潘桂花等也發(fā)現(xiàn)，在抑郁癥患者的血小板當(dāng)中的5-HT 含量顯著低于正常人。如果抑郁癥發(fā)生在動(dòng)物身上，則會(huì)呈現(xiàn)出精力衰退、精神遲滯、運(yùn)動(dòng)遲緩、失眠以及食欲降低等特點(diǎn)。

對(duì)于機(jī)體而言，中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）能夠控制宿主的行為。CNS 和消化道微生物之間也存在相互作用。一方面CNS 能夠直接通過神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)或間接影響胃腸道生理穩(wěn)態(tài)進(jìn)而改變消化道微生物的組成、結(jié)構(gòu)和功能；另一方面消化道微生物能夠通過迷走神經(jīng)或者產(chǎn)生不同代謝產(chǎn)物直接或間接實(shí)現(xiàn)對(duì)CNS 的調(diào)控。小膠質(zhì)細(xì)胞作為CNS 的重要組成，與機(jī)體炎癥反應(yīng)及免疫功能密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，消化道神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)細(xì)胞5-受體的激發(fā)與神經(jīng)生長(zhǎng)發(fā)育具有聯(lián)系。通過添加益生菌等途徑調(diào)節(jié)消化道微生物可以有效維持消化道微生物的穩(wěn)定，進(jìn)而降低機(jī)體因應(yīng)激造成的危害，提高經(jīng)濟(jì)效益。

總之，在集約化養(yǎng)殖中，易緊張的動(dòng)物更易產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，不僅對(duì)機(jī)體健康具有負(fù)面影響，也一定程度降低了生產(chǎn)效益，而通過腦-消化道-微生物軸的雙向調(diào)控，維持消化道微生物的健康、穩(wěn)定，可減輕應(yīng)激帶來的危害。

4 小 結(jié)

優(yōu)質(zhì)畜產(chǎn)品一直是動(dòng)物生產(chǎn)追求的目標(biāo)之一，動(dòng)物福利也是目前動(dòng)物生產(chǎn)中廣泛關(guān)注的問題。動(dòng)物性情對(duì)動(dòng)物健康及生產(chǎn)性能具有一定影響，安靜型性情的動(dòng)物在生產(chǎn)上具有更高的經(jīng)濟(jì)效益，如果能在生產(chǎn)實(shí)踐中選擇安靜型動(dòng)物，將大大提高經(jīng)濟(jì)效益。因此，性情調(diào)控動(dòng)物健康與生產(chǎn)的機(jī)制通路是目前研究的重點(diǎn)，腦-消化道-微生物軸概念的引出給予研究者一定啟發(fā)。消化道微生物通過腦-消化道軸與宿主之間形成雙向調(diào)控，影響其免疫代謝等功能，但是消化道微生物調(diào)控性情的具體通路以及是否還有其他調(diào)控性情的機(jī)制，仍值得進(jìn)行更深入研究。