寒冷应激是高寒地区一种最普遍的应激因素,对母猪产仔、蛋禽产蛋等都造成严重的不良影响,成为制约寒冷地区畜牧业发展的主要因素。冷应激可引起动物神经内分泌及免疫功能紊乱。可使过氧化氢(H2O2),超氧化物(02-)等活性氧族物质(ROS)生成增多,脂质过氧化作用增强,导致生物膜损伤,进一步破坏组织完整性,影响动物的健康及生产。据报道,寒冷可引起动物体内蛋白质和核黄素排出增多,给冷暴露大鼠增加核黄素可提高其体内甲状腺素对某些黄素酶的诱导,增强机体的冷适应。核黄素作为抗氧化维生素之一.在动物的抗氧化体系中起着重要作用。同时还能不同程度地刺激主要免疫器官的发育。冷应激和核黄素对动物机体的影响表现在很多方面,本文只就其对免疫、抗氧化功能的影响作一综述。
1冷应激反应的生理机制
应激是指机体受到体内外非特异性有害因子刺激或长期作用时,发生以交感神经过度兴奋和肾上腺皮质功能异常增强为主要特点的一系列神经内分泌反应,并由此而引起各种机能和代谢改变,以提高机体的适应能力和维持内环境的相对稳定,也就是机体应付突然或紧急刺激而发生的一种非特异性防御反应。引起应激反应的刺激因素称为应激原,寒冷作为应激原的一种,可使机体内环境稳定性、生理和行为发生改变,其反应机制十分复杂,几乎涉及所有的器官和组织。其中,中枢神经系统及其高级部位(大脑皮层)是起整合调节作用的主导部门,并通过交感一肾上腺髓质轴、下丘脑一垂体一肾上腺皮质轴及下丘脑一垂体一甲状腺轴等途径来实现调节。
2核黄素的免疫、抗氧化机制
核黄素是动物体内参与碳水化合物、蛋白质和脂肪代谢的许多酶的组成部分,为调节细胞代谢的酶系统所必需,其存在形式有三种:游离的核黄素(核黄素)、黄素单核苷酸(FMN)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。核黄素的生物活性形式是FMN和FAD两种黄素辅酶,这两种辅酶与多种蛋白形成黄素蛋白。参与生物机体的生物氧化反应和能量代谢.也是细胞内混合功能氧化酶系统的必要组分。
核黄素在保持机体黏膜完整性方面起重要作用。当机体黏膜完整性受损时。屏障作用受到破坏,黏膜上皮细胞的黏液分泌减少或停止,机体抵抗微生物侵袭能力降低,黏膜容易受到病原体入侵,严重者可损伤与皮肤相关淋巴组织,减弱机体免疫功能。核黄素作为酶与产生02-的辅酶lI(NADPH)活性有关,超氧化物是白细胞杀菌功能中的必需因子,还能通过刺激白细胞和异嗜细胞增殖、分化,增强巨噬细胞活性,影响机体细胞免疫功能:其对免疫球蛋白和抗体效价的影响,直接反映核黄素与体液免疫功能的关系。此外,核黄素通过影响免疫器官发育,影响免疫功能。
核黄素对脂质过氧化影响的机制,可能是核黄素影响了黄素辅酶的合成,进而影响黄素酶如谷胱甘肽还原酶(GR)、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G-6-PD)和红细胞内NADH高铁血红蛋白还原酶系统(NADH—MHbR)活性。核黄素作为GR的辅酶,参与维持细胞内还原型谷胱甘肽(GSH)浓度,这对谷胱甘肽过氧化物酶(GSH—Px)消除膜过氧化脂质有重要作用;核黄素本身在酶系中可以作为抗氧化剂,它可以由还原型向氧化型转化而使过氧化氢降解。当核黄素缺乏时,GR通过降低氧化型谷胱甘肽(GSSG)的还原和NADPH的再生而使GSH的含量降低.后者使MHb还原减少。引起MHb的积蓄和氧自由基产生增多,于是一方面机体对活性氧的清除能力降低,另一方面产生氧自由基过多。就造成机体不可逆损伤,使细胞清除自由基能力下降。同时,核黄素缺乏还可能影响其它营养素的代谢和抗氧化酶的作用,并导致抗氧化能力降低。Christensen认为外源性核黄素可以通过提高细胞内黄素水平而使NADH高铁血红蛋白还原酶对黄素亲和力增加而促进黄素的抗氧化性。
3冷应激和核黄素对动物免疫功能的影响
免疫功能的高低取决于免疫器官的状况,胸腺和腔上囊是机体的中枢免疫器官,在淋巴细胞的形成、诱导、分化过程中起着重要的作用;脾是动物的外周免疫器官,是T淋巴细胞和B淋巴细胞定居和对抗原的刺激进行免疫应答的场所。Rivas报道,胸腺、法氏囊及脾的重量可用于评价动物的免疫状态。
3.1冷应激对动物免疫功能的影响
大量研究表明.寒冷应激可以对机体的体液免疫和细胞免疫产生影响。一般而言,急性冷应激常呈现免疫抑制,而慢性冷应激常引起免疫增强:温和冷应激常引起免疫增强,过强冷应激可以引起机体免疫功能严重抑制,致使机体免疫机能下降。
袁学军等报道.24 h内急性冷应激期间,T淋巴细胞数极显著减少,冷应激l0 d后,淋巴细胞总数极显著减少,T淋巴细胞数极显著增加。井霞研究慢性冷应激对荷斯坦奶牛免疫功能的影响发现,慢性冷应激可使外周血中自细胞总数、淋巴细胞数和单核细胞数显著降低,CD21+B淋巴细胞百分率显著降低,CD3+T淋巴细胞百分率有所下降,但是差异不显著,说明慢性冷应激可使免疫功能下降或受到抑制。Rybakina EG等指出,冷暴露可以使鼠血清皮质酮含量显著升高,机体的体液免疫受到明显抑制。Shu J等对鼠进行5 d和1 d的冷水应激,结果表明5 d的应激反应可增加IL-2生成,CD4+T细胞比率及血液和脾淋巴细胞内NK细胞活性,而在1 d的应激反应中均减少。
3.2核黄素对动物免疫功能的影响
核黄素参与机体碳水化合物、蛋白质和脂肪代谢,通过影响机体对养分吸收与利用。间接参与免疫细胞增殖、分化和DNA、RNA及抗体合成等。核黄素还具有强化肝脏功能,调节肾上腺素和防止毒物侵袭的功能。对小鼠研究发现,核黄素可通过刺激产生嗜中性白细胞,增强抵抗各种细菌感染的非特异性防御机理的能力,并且还可增强嗜中性白细胞的功能。据报道,给牛肌注核黄素,不仅外周血液中性白细胞数增加了,而且中性白细胞的激活作用增强了。张建海等报道。添加核黄素能显著增加肉仔鸡血液异嗜细胞的数目和比例,并且白细胞数也表现出一定程度的增加,还能刺激肉仔鸡法氏囊和脾脏发育,脾脏相对质量显著增加。张凤芝报道,核黄素可以明显提高机体的免疫球蛋白水平,对淋巴细胞增殖率虽无显著影响,但是有使其升高的趋势,进而表明核黄素对机体的免疫功能有促进作用。王林静研究小白鼠孕期、哺乳期核黄素水平对仔鼠免疫功能影响发现,核黄素可以显著提高其胸腺及脾脏指数、非特异性免疫(巨噬细胞吞噬功能)、细胞免疫(迟发型过敏反应)和体液免疫(血清溶血素含量);明显增强子代免疫功能。母鼠全血谷胱甘肽还原酶活性系数与仔鼠免疫功能呈显著负相关。
4冷应激和核黄素对动物抗氧化功能的影响
动物体内存在着正常生命活动产生的自由基以及清除这些自由基的抗氧化体系。抗氧化防御系统包括抗氧化酶。如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT);脂溶性的抗氧化剂,如维生素E、辅酶Q等;水溶性的小分子抗氧化剂,如维生素C、GSH等。这些物质在机体消除自由基等方面发挥着重要作用。机体防御体系的抗氧化能力与健康程度密切相关。
4.1 冷应激对动物抗氧化功能的影响
冷应激可使机体的抗氧化功能发生改变,诱发氧化胁迫,导致机体内自由基增多,对机体造成损伤。Shus.tanova等旧报道,冷应激可以改变生物体的促氧化与抗氧化间的平衡,通过黄嘌呤氧化酶活性的升高,随着过氧化物酶活性的降低使机体产生过多的自由基,导致脂质过氧化作用增强,诱发氧化损伤。此外,当动物受到应激时。机体抗氧化体系减弱,组织脂质过氧化水平增加。引起组织过氧化损伤,影响动物的健康及生产。王建鑫等研究了冷应激对金定蛋鸭抗氧化功能的影响。结果表明总抗氧化能力(T—AOC)先升高后降低.在应激后1 h达到高峰,丙二醛(MDA)含量呈现波动变化,并在应激后2 h达到最高峰。Kaushik等研究了慢性冷应激对小鼠脑、心脏、肾脏、肝脏及小肠抗氧化防御系统的影响,结果表明慢性冷应激可使所有组织的总SOD活性显著下降,心脏、肝脏与小肠中CAT活性显著降低,所有组织中GSH含量均显著降低。Paiovic等研究指出,急性冷应激可显著降低鼠海马区铜锌超氧化物歧化酶(Cu/Zn—SOD)和CAT的活性,而对Mn—SOD活性影响不明显。王金涛等报道,急性冷应激时机体的T—AOC在下丘脑和血清中均呈下降趋势,而在慢性冷应激时都呈上升趋势;CAT在不同应激时间均呈升高趋势;GSH—Px活性除在急性冷应激时脑组织内呈降低趋势外,其余均呈升高趋势,表明其在急性、慢性冷应激中对机体均起到积极的作用。
4.2核黄素对动物抗氧化功能的影响
核黄素是构成生物体内氧化还原过程所必需的黄素辅酶的主要活性基团,能以自由或共轭形式广泛分布在动物机体组织器官中,被称为“联系生物体内单电子还原与双电子还原的桥梁”。核黄素缺乏时肝线粒体脂酰辅酶A(CoA)脱氢酶、GR、催化维生素C生物合成的古洛糖酸内酯氧化酶、NADH—FMN氧化还原酶(铁蛋白还原酶)、正铁血红蛋白还原酶活性降低。
梁惠芳报道,核黄素缺乏时大鼠全血GSH含量降低,红细胞SOD活性降低,表明其抗氧化能力受损。吴晖云等报道,核黄素缺乏有可能通过影响GR活性而使机体细胞消除自由基能力下降,可使大鼠红细胞膜MDA水平显著升高,红细胞SOD活性显著降低.SOD活性下降将进一步加重膜的脂质过氧化。赵秀花报道,饲粮核黄素水平影响GR含量,且随着核黄素水平的增加GR含量表现为下降趋势。另外核黄素影响红细胞膜流动性,当核黄素缺乏时,谷胱甘肽还原酶活性降低,红细胞膜上过氧化反应产物含量升高,细胞应对过氧化损伤的能力降低,进一步导致红细胞膜流动性显著降低,细胞膜功能改变。
5小结
寒冷应激可引起动物神经内分泌及免疫功能紊乱,促使脂质过氧化作用增强。核黄素在动物的抗氧化体系中起着重要作用,同时还能不同程度地刺激主要免疫器官的发育,提高机体的免疫功能,提高动物的冷适应能力。但是冷应激和核黄素对机体免疫功能、过氧化和抗氧化的互作效应以及其作用机制未见报道,有待进一步研究。