应激对畜禽肝脏结构及功能的影响

聂君书，陈 卓，胡惠洁，徐 晶，李东倪，刘萌萌，张思淼，徐 彬，郭景茹

(黑龙江八一农垦大学 动物科技学院，黑龙江 大庆 163319)

应激是指在内外环境的刺激下，机体产生的全身性非特异性反应。各种刺激作用于下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴(the hypothalamic pituitary adrenal axis，HPA)和交感-肾上腺髓质系统(sympathetico-adrenomedullary system，SAM)，使机体发生代偿性生理反应，引发促肾上腺皮质激素(adrenocorticotropic hormone，ACTH)、糖皮质激素(glucocorticoids，GC)、肾上腺素(epinephrine，E)以及胰高血糖素(glucagon，GCG)等应激激素的分泌[1]。应激反应是畜禽机体经常发生的一种生理反应，如果应激反应过强、持续时间过久，机体的新陈代谢难以抵抗应激源的刺激时，就会对各系统产生复杂的影响，进而导致畜禽患病甚至死亡[2]。肝脏作为机体重要的消化腺以及代谢稳态的中枢器官，具有物质合成、分解与代谢、排毒、产热、抗氧化等多种生理功能，因此它容易受到各种应激源的刺激，如运输、过冷、过热、缺氧、电击等，当畜禽发生应激时，能够引起肝脏组织结构损伤与功能紊乱[3]。

1 应激导致肝脏结构变化及机制

1.1 应激导致的肝脏结构变化不同的刺激强度以及不同的应激源会对动物的肝脏组织造成不同损伤，有学者通过研究发现，热应激对小鼠肝脏结构造成显著的影响，表现为肝脏组织血管充血，肝脏细胞发生不同程度的颗粒变性、水泡变性及脂肪变性，并且凋亡细胞与坏死细胞增多[4]。LI等[5]的研究也得出了相似的结果，急性应激组小鼠表现出一定程度的肝脏损伤，如纤维化，并伴有少量炎性细胞浸润，随着应激时间的延长，肝脏组织的损伤有所加重。LI等[6]在研究中发现，与对照组大鼠的肝脏结构相比，氧化应激组大鼠肝窦扩张，肝脏细胞胞浆疏松，淋巴细胞在刺激2～4 h后浸润增多，肝脏细胞空泡变性明显。ZHANG等[7]发现热应激引起的氧化应激诱发动物肝脏细胞内线粒体肿胀，以及线粒体膜的完整性。慢性冷应激也可损伤大鼠肝脏细胞结构，随着刺激时间的延长，肝脏的结构损伤加重，并可能导致其功能损害[8-9]。

1.2 应激导致肝脏结构变化的机制对于应激引起的肝脏结构变化机制，有研究表明，动物受到应激源的刺激后，其肝脏的血流量减少，导致肝脏缺血缺氧[10-11]，当机体处于缺氧的环境下，能够诱发氧化应激，进而造成动物机体内大量的活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)堆积[12-13]，自由基具有细胞毒作用，能够氧化生物膜并产生脂质过氧化物，最终导致肝脏细胞膜受损、肝脏细胞死亡以及肝脏损伤[14-15]，进一步引起动物肝脏功能紊乱。转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)作为具有多种功能的蛋白多肽，是肝脏纤维化形成的关键因子[16]，应激反应发生后，肝脏中TGF-β的表达水平升高，TGF-β不但可以直接激活肝星状细胞，还可以激活其下游的Smad信号通路，促使结缔组织生长因子(connective tissue growth factor，CTGF)大量表达[17]。CTGF是一种重要的致纤维化因子，可导致肝星状细胞活化，表达α-平滑肌肌动蛋白(alpha-smooth muscle actin，α-SMA)，并致使大量细胞外基质合成、聚集在肝脏内，最终导致肝脏纤维化的发生。此外，还有学者认为，应激诱导肝脏结构发生变化，主要因畜禽机体物质代谢紊乱、血液循环障碍、神经-体液调节3个方面功能失衡所引发，这一过程伴随上述3种途径的相互作用和影响[18]。当畜禽受到应激源刺激时，其机体的SAM系统被激活，导致血管痉挛与内脏缺血，使得肝脏组织缺氧，引发代谢性酸中毒，肝脏内酶的正常催化功能受到影响，并促进蛋白质和脂肪的分解，自由基的产生多于清除，使甲状腺激素水平发生诱导性升高，进而引起了肝脏发生氧化损伤[19]，表现为水肿及组织学变化，如血管充血、肝脏细胞浸润、空泡样变性等[20-21]。

2 应激造成肝脏功能的变化及机制

肝脏作为动物机体重要的器官，是物质合成、分解与代谢的中心，具有排毒、产热、抗氧化等功能。近年来，国内外学者认为当动物处于应激状态时肝脏功能会受到严重影响[22]。以往的研究表明，当动物受到刺激后，肝脏的代谢功能与抗氧化功能受到的影响最为严重[23]。已有研究表明，应激后肝脏血清总蛋白(total protein，TP)、白蛋白(albumin，ALB)降低，提示应激造成机体蛋白质合成障碍。此外，也有文献指出冷应激期间奶牛血清中LDH活性极显著升高，谷丙转氨酶(alanine transaminase，ALT)活性也显著升高[24]；仔猪在运输后，肝脏内ALT和谷草转氨酶(aspartate aminotransferase，AST)显著升高[25-26]，这些指标均能反映肝脏功能的损伤。以上研究均表明，应激造成了肝脏损伤甚至严重影响了肝脏的功能。

2.1 应激造成肝脏脂质代谢功能变化及机制

2.1.1应激造成肝脏脂质代谢的变化 在应激反应下，脂质代谢功能发生变化：肉鸡暴露于寒冷条件下12 h后，其肝脏代谢指标甘油三酯(triglyceride，TG)、总胆固醇(total cholesterol，TC)、乙酰辅酶A羧化酶(acetyl CoA carboxylase，ACC)的水平显著降低[27]，提示肝脏脂质代谢处于高水平状态。研究发现，应激状态下，动物肝脏中的TG、TC、ACC的水平降低[28]，肝脏代谢水平改变。

2.1.2肝脏脂质代谢变化的机制 对于肝脏代谢功能的紊乱，有学者表明，AMP依赖的蛋白激酶(adenosine 5-monophosphate(AMP)-activated protein kinase，AMPK)在其中发挥重要的作用[29]，AMPK-ACC-肉碱棕榈酰转移酶1(carnitine palmithyl transferase-1，CPT1)通路参与肝脏代谢的调节，当机体处于应激状态时，肝脏内大量的ATP被消耗，在腺苷酸激酶的作用下，AMP与ATP的比值升高[30]，AMPK能够通过腺苷酸与腺苷酸激酶亚单位的变构结合而被激活，呈现磷酸化，继而抑制ACC的表达，导致丙二酰辅酶A合成减少，并促进CPT1的表达，诱导脂肪酸合成受阻，减少肝脏内甘油三酯的含量，增加脂肪酸的氧化[31]。此外，沉默信息调节因子1(sirtuin1，SIRT1)通过调控AMPK的上游激酶肝激酶B1(liver kinase B1，LKB1)来激活AMPK，通过去乙酰化和磷酸化调节下游因子过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α(peroxlsome proliferator-activated receptor-γ coactlvator-1α，PGC-1α)的活性，进而促进脂肪酸的氧化，抑制脂肪酸的合成[32-33]。

此外，最近的研究表明，内质网是脂质代谢的重要部位，许多参与脂质代谢的酶位于内质网中，未折叠蛋白反应(unfolded protein response，UPR)最初被确定为起到维持内质网中的蛋白质稳态的作用，也在维持代谢和脂质稳态方面扮演着重要的角色[34]。也有文献指出应激反应能够刺激肝脏细胞膜中的氮氧化物产生ROS，进而激活内质网中的UPR，UPR的增强在一方面能够诱导固醇调节元件结合蛋白-1c(sterol regulatory element binding protein-1c，SREBP-1c)裂解并易位到细胞核中，SREBP-1c入核后激活后续脂肪生成基因的转录，如：脂肪酸合成酶(fatty acid synthase，FAS)、硬脂酰辅酶A去饱和酶1(stearyl coenzyme A dehydrogenase-1，SCD1)，从而造成脂质代谢功能紊乱[35]；另一方面也会迅速影响SREBP复合物中关键蛋白质葡萄糖调节蛋白78(glucose regulated protein 78，GRP78)的功能活性或数量，导致SREBP-1c成熟并导致肝脏脂质代谢紊乱[36]。

除此之外，应激状态下，机体炎症细胞因子释放增加，如肿瘤坏死因子-α(tumor Necrosis Factor-α，TNF-α)，能够抑制脂蛋白脂酶，减少合成用的游离脂肪酸，进而激活组织脂肪酸的活性，增加TG的水解，使肝脏脂代谢处于高水平状态[37]。

2.2 应激造成的肝脏抗氧化功能变化及机制

2.2.1应激造成的肝脏抗氧化功能变化 研究表明，在应激反应下，动物肝脏的抗氧化酶与非酶抗氧化系统会受到影响，抗氧化功能发生紊乱[38]，如抗氧化酶超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)与谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)、谷胱甘肽(glutathione，GSH)、丙二醛(malondialdehyde，MDA)等，GSH是机体内重要的物质，具有清除自由基与过氧化物的作用，MDA能够衡量机体氧化应激损伤程度，且不同的应激源对机体抗氧化功能的影响也有差异。CHEN等[39]研究表明，氧化应激48 h后，机体SOD活性先下降再升高，MDA含量增加。王松波等[40]研究表明，持续热应激能够显著降低肝脏内GSH-Px的含量，而MDA的含量增加。陈浩等[41]也得出相似的结论，并发现应激恢复期SOD的活性显著升高，表明热应激能够影响机体肝脏抗氧化功能。

2.2.2肝脏抗氧化功能变化的机制 有研究表明，Kelch样ECH关联蛋白1(recombinant Kelch Like ECH Associated Protein 1，Keap1)/核因子E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor 2，Nrf2)通路在肝脏抗氧化反应中起重要作用，Nrf2能够调控抗氧化能力，调节SOD、谷胱甘肽巯基转移酶(glutathione S-transferase，GST)、血红素氧合酶-1(hemeoxygenase-1，HO-1)等多种抗氧化酶的表达，正常生理条件下，Nrf2与Keap1紧密形成复合体，阻止Nrf2入核，调节其转录活性，但当应激反应发生后，Keapl上的2个半胱氨酸位点C273和C288被同时修饰，Keap1与Nrf2解离，Nrf2的泛素化受到抑制，易位入核并发挥转录因子的作用，与抗氧化反应元件(anti-oxidative response element，ARE)相结合，启动下游相关靶基因的表达，发挥强大的抗氧化损伤能力。总之，应激破坏了动物机体氧化与抗氧化系统的平衡，SOD、GSH-Px等抗氧化酶的活性减弱，引发脂质过氧化反应并产生大量的MDA，可通过扩散作用与脂蛋白结合，从而到达并攻击靶位点，产生氧化应激，造成抗氧化功能的减弱。

3 总结与展望

总而言之，应激带来的危害是不可忽视的，应激对畜禽肝脏的影响涉及到多个方面，随着现代畜牧行业的不断发展，越来越多的学者在关注此方向的研究，并为此研究提供了更多的研究方向。应激对畜禽肝脏功能影响的研究对畜禽健康、生产及福利意义深远，并且对现代畜禽业的迅速发展具有重大意义，因此需要多角度、多方向地深入研究与探讨。