动物性情影响健康及生产性能的脑-消化道-微生物轴反馈机制研究进展

张谨莹，金衡宇，丁洛阳，王梦芝*，杨庆勇，陈 宁*

（1.省部共建绵羊遗传改良与健康养殖国家重点实验室，新疆农垦科学院畜牧兽医研究所，新疆石河子 832000；2.扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225009）

在过去的十几年里，动物性情对动物生产的作用以及动物福利生产的概念逐渐普及，越来越多的研究人员参与到动物性情的研究中。当动物被暴露在一个新奇的应激环境中，动物个体会经历感知外部环境、评估环境变化和有针对性地做出一些生理和行为上的反馈3 个阶段。除此以外，动物机体还会通过调控生理反馈，如调节生长激素、类固醇激素（皮质醇、睾丸素及雄性激素）以及神经递质[五羟色胺（5-HT）、氧化毒素及多巴胺]等水平以应对所处环境的变化。因此，在动物性情研究中，也将动物个体面对应激环境时，在行为及生理反馈上所表现的差异定义为动物性情。性情与动物的生长性能、健康、肉品质等密切相关。随着对精神类疾病的深入研究，消化道微生物可通过脑-消化道-微生物轴对宿主进行双向调控。消化道微生物通过改变结构或产生不同的代谢产物影响神经递质的传递从而改变大脑行为，而宿主也可以通过神经内分泌系统、免疫系统等改变消化道微生物的组成和结构，进而影响其功能。本文以动物性情为切入点，探究脑-消化道-微生物轴对动物健康与生产的反馈机制，以期为消化道微生物与宿主间代谢互作关系的研究提供参考。

1 动物性情对健康的影响

近期研究表明，紧张型性情对动物免疫功能有负面影响。最初在对婴儿应对应激源表现出不同反应的测试中发现，表现温和的婴儿血清中肿瘤坏死因子-（Tumor Nеcrosis Factor-，TNF-）和白细胞介素-1（Intеrlеukin-1，IL-1）水平低于表现较强反应的婴儿。对不同性情湖羊的测定试验也发现，安静型湖羊血清中TNF-和IL-1浓度较低，这表明炎症信号的基线水平较低。此外，安静型性情的动物具有较低的血清皮质醇浓度，这与生长效率的提高和免疫功能的增强有关。研究发现，紧张型婆罗门牛及美利奴羊动物的免疫球蛋白-G（ImmunoglobulinG，IgG）和免疫球蛋白-M（ImmunoglobulinM，IgM）低于安静型。Sapolsky 等发现，性情对免疫力的影响与应激激素的刺激和抑制作用有关。另外，与性情调控相关的下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA 轴）中促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）诱导的皮质醇释放可抑制T 细胞增殖以及降低自然杀伤细胞的细胞毒性。集约化生产系统容易诱导氧化应激，在生产中选择具有强抗氧化能力的动物更具优势。研究发现，运输压力会降低马和牛的血浆中超氧化物歧化酶（Supеroxidе Dismutasе，SOD）活性。在猪生产中，氧化应激标记物也会因为暴露于应激条件下而增加。如果1 只啮齿类动物脚部受到电击时发出声音，而另1 只啮齿类动物听到这些声音，氧化应激标记物也会增加。综上所述，安静型动物对环境的感知压力较小，抗氧化能力更强，并且比性情紧张的动物具有更好的免疫功能。

2 动物性情对生产性能的影响

2.1 动物性情对繁殖性能的影响 迄今为止，性情对动物繁殖力的影响尚未深入研究。但性情可能直接或间接地对家畜的繁殖力产生巨大影响。前期研究发现，易紧张的内洛奶牛在授精40 d 后的妊娠率较低；具有攻击性的安格斯× 赫里福德奶牛的怀孕率和产犊率都较低；安静的美利奴羊母羊具有更高的自发性排卵率和更多的多胎妊娠，但妊娠率不受影响；母羊对雄性的易感性和接受性也与其性情有关。这些结果部分是受到与性情相关的神经内分泌应激反应（下丘脑释放GnRH 和垂体释放黄体生成激素）的影响。生殖功能生理过程的紊乱导致雌二醇分泌减少、排卵延迟和发情行为减少，从而会导致生殖效率降低。早期在人类身上的研究发现，母体在产前抑郁会使得母体去甲肾上腺素（NE）、皮质醇水平升高，并且与较低的胎儿体重、早产和较低的出生体重显著相关。研究发现，母体NE 升高与胎儿血流受损有关，随后导致胎儿生长受限和出生体重降低，而母体皮质醇水平升高预计会导致早产。此外，Lundy 等发现，新生婴儿的皮质醇和NE 水平与抑郁母亲的皮质醇和NE 水平升高相似。综合以上数据，提示新生儿生理、生化和行为的差异可能与其母亲在应激下的不同生化特征有关，这意味着母亲的性情在胎儿的神经行为发育和生长中也起着重要作用。美利奴羊的研究结果表明，母性与母性行为高度相关，性情安静的母羊相较性情紧张的母羊胎位停留的时间更长，羔羊死亡率和断奶时的产仔数均减少，舔羊的次数也更多。在湖羊研究中也发现，紧张型湖羊舔毛次数显著高于安静型湖羊。总之，紧张型性情使得动物更易产生压抑心理，繁殖性能受到抑制。

2.2 动物性情对生长性能和饲料利用率的影响 性情对生长性能和饲料利用率的影响多种多样。在牛对被约束和被人类控制的行为反应测试中发现，安静的牛生长更好更快、平均日增重更大。在根据从1（安静）到5（高度兴奋）对猪进行活动评分的分类研究中发现，活动评分和体重之间密切相关。在对婆罗门牛和安格斯牛的研究中发现，高度紧张的牛除了日增重受到影响外，干物质的摄入量也会减少。不同性情湖羊采食时长和干物质消化率存在个体间差异，表现为安静型的个体采食时长更长，干物质消化率更高，更利于开展育肥工作。然而，Pеthеrick 等发现，不同性情牛具有相似的采食量，但性情安静的牛的活重和饲料转化效率显著较高。这意味着生长性能不只受性情对采食量调节作用的影响，也有其他影响因素。动物对应激源的感知决定其对周围环境的应激反应，而应激源与动物性情相关，因此性情紧张的动物可能在应激反应中会消耗更多能量，导致饲料转化效率下降。此外，动物的生长可能受到与性情调控相关的HPA 轴的激活以及糖皮质激素释放的影响，表明动物性情与动物的氮利用率和生长呈负相关。

2.3 动物性情对产奶量的影响 动物性情和产奶性状之间具有联系。在对西门塔尔奶牛的研究中发现，安静型奶牛平均产奶量高于紧张型奶牛。Dimitrovivanov 等也发现，母羊的产奶量多少排序为安静、中等和紧张型。奶牛的产奶量与泌乳量有关，即一旦泌乳期的泌乳量受到抑制，乳腺泡的部分乳汁将作为残余乳汁留在奶牛体内，从而影响牛奶的生产。在挤奶期间，挤奶机和人类接触造成的应激促进了肾上腺素和NE 等儿茶酚胺的释放。这些激素通过阻断催产素的释放来阻止乳汁喷射反射，催产素导致乳汁从肺泡排出进入乳腺导管系统，抑制催产素对乳腺肌上皮细胞的影响，或者直接减少流向乳腺的血流量。除了对泌乳量影响外，与安静的奶牛相比，紧张的奶牛泌乳速度较慢，泌乳时间较长。

2.4 动物性情对屠宰性能和肉品质的影响 研究表明，安静型美利奴羊及内洛尔牛的胴体重量和胸腰最长肌（LTL）面积均比紧张型高，但性情与背膘厚度间不相关；紧张型湖羊的屠宰率低于安静型湖羊，并且安静型湖羊瘤胃上皮乳头宽大，角质层更薄，能更好地吸收营养物质。肉品质包括外观、口感和营养价值，可通过pH、肉色、持水性、剪切力、特殊风味等一系列综合理化指标来判断。屠宰前应激的持续时间和强度会影响肉品质特性。慢性应激和屠宰前应激的变化，如接触人类、屠宰前处理、新环境、禁食、运输和社会结构，都会对动物的肉品质产生负面影响。性情紧张的牛对刺激的反应更广泛，糖皮质激素的基础浓度也更高。这表明动物的性情可能在应激反应的程度中起重要作用。所以要调控好动物的性情，从而减少应激介导的肉质损失。肌肉僵直是从糖元降解、乳酸积累引起的酸化开始的，屠宰时肌肉中糖原的浓度对肉品质起着重要的作用，而pH 与糖原密切相关，因此pH 的变化对肉品质优劣十分关键。在对婆罗门牛的研究中发现，pH 的降低率受紧张性情的影响，神经紧张的牛的烹饪损失、剪切力较大，肉色较深。而Campo 等发现，最终pH 并不受性情的影响，但对肉品质有负面影响。紧张型湖羊在死后的最初24 h 内肌肉pH 较高，腰部肌肉颜色较深（红色和黄色指数较低），这可能与血浆皮质醇水平较高有关。

3 动物性情影响健康与生产的脑-消化道-微生物轴反馈机制

消化道微生物作为机体重要的“器官”，与宿主之间存在复杂的互作关系，影响机体的免疫代谢等功能。近期在对抑郁症等精神类疾病的深入研究中，通过构建无菌动物模型，人们发现消化道微生物能够通过脑-消化道轴对神经内分泌系统、消化道系统以及免疫系统等进行调控，进而对宿主的大脑功能和个体行为产生影响；反之宿主也能根据其饮食和行为调节消化道微生物结构，影响微生物功能。对此，研究者将其定义为脑-消化道-微生物轴。随着集约化养殖的大规模发展，研究发现动物性情对动物生产性能及健康具有重要影响。相较而言，安静型动物具有更高的生产经济效益，因此为了选育出优质畜禽，动物性情的调控机制也得到广泛关注，脑-消化道-微生物轴概念的提出也为其提供了新的思路。

前期研究发现，当机体产生应激反应时会通过脑-消化道轴进行调节，胃肠道经神经系统、内分泌系统还有免疫系统将信息反馈至大脑，对大脑产生一定影响；反之大脑也可以经这些系统调节胃肠道系统。消化道微生物群落作为脑-消化道轴的重要部分，其结构的改变会影响宿主的行为，而宿主不合理的饮食及反常危险的行为也会导致消化道微生物紊乱，产生不同代谢产物，经脑-消化道轴对宿主健康产生影响。

前期研究发现，应激对肉品质影响的机制与HPA轴[ 释放CRH 和精氨酸血管加压素（AVP）、促肾上腺皮质激素（ACTH）] 的激活和调节有关，HPA 轴能够在慢性条件下进行调控，应激反应、HPA 轴和消化道微生物之间具有双向调控关系，消化道微生物经脑-消化道轴激活并影响HPA 轴。微生物紊乱（如拟杆菌门、拟杆菌科、紫单胞菌科、拟杆菌属在模型组门、科、属水平上的丰富度明显高于正常组时）会导致HPA 轴活动更为强烈，并且产生大量的ACTH 和肾上腺素。相反，应激反应和HPA 轴也能反向调控消化道微生物的多样性。如Gallеy 等研究发现，应激状态下会造成消化道微生物组成和功能的改变；Jašarеvić 等研究发现，应激反应下NE 的释放会影响宿主消化道微生物的生长和组成；母子分离产生的应激会改变消化道微生物的结构和组成。在无菌动物研究中也发现，应激状态下其HPA 轴释放的皮质激素对消化道结构及通透性具有影响。Pеtraad 等的研究也发现，急性或慢性的应激造成的CRH 释放也会增加消化道通透性。

5-HT 和动物性情有一定联系，而消化道微生物能直接或间接影响消化道5-HT 的合成及表达。如Dang等研究发现，消化道微生物紊乱能直接降低外周血中5-HT 含量。除此之外，消化道微生物还可通过影响5-HT 的前体物——芳香族氨基酸来影响5-HT 含量。针对5-HT 与性情之间的联系，潘桂花等也发现，在抑郁症患者的血小板当中的5-HT 含量显著低于正常人。如果抑郁症发生在动物身上，则会呈现出精力衰退、精神迟滞、运动迟缓、失眠以及食欲降低等特点。

对于机体而言，中枢神经系统（CNS）能够控制宿主的行为。CNS 和消化道微生物之间也存在相互作用。一方面CNS 能够直接通过神经内分泌系统或间接影响胃肠道生理稳态进而改变消化道微生物的组成、结构和功能；另一方面消化道微生物能够通过迷走神经或者产生不同代谢产物直接或间接实现对CNS 的调控。小胶质细胞作为CNS 的重要组成，与机体炎症反应及免疫功能密切相关。研究发现，消化道神经系统中神经细胞5-受体的激发与神经生长发育具有联系。通过添加益生菌等途径调节消化道微生物可以有效维持消化道微生物的稳定，进而降低机体因应激造成的危害，提高经济效益。

总之，在集约化养殖中，易紧张的动物更易产生应激反应，不仅对机体健康具有负面影响，也一定程度降低了生产效益，而通过脑-消化道-微生物轴的双向调控，维持消化道微生物的健康、稳定，可减轻应激带来的危害。

4 小 结

优质畜产品一直是动物生产追求的目标之一，动物福利也是目前动物生产中广泛关注的问题。动物性情对动物健康及生产性能具有一定影响，安静型性情的动物在生产上具有更高的经济效益，如果能在生产实践中选择安静型动物，将大大提高经济效益。因此，性情调控动物健康与生产的机制通路是目前研究的重点，脑-消化道-微生物轴概念的引出给予研究者一定启发。消化道微生物通过脑-消化道轴与宿主之间形成双向调控，影响其免疫代谢等功能，但是消化道微生物调控性情的具体通路以及是否还有其他调控性情的机制，仍值得进行更深入研究。