γ-氨基丁酸(gamma-amino butyric acid,GABA)是哺乳动物中枢神经系统中广泛分布的一种氨基酸类抑制性神经递质。约50%的中枢突触部位以GABA为递质,它在大脑皮质、海马、丘脑、基底神经节和小脑中起重要作用[1]。GABA在哺乳动物中分布的一个显著特点是:在脑和脊髓中其含量可达µmol/g水平,而在外周神经组织中含量甚微或根本没有[2]。
GABA对人类的生理作用包括镇痛、抗焦虑、抗惊厥、降血压、抗癫痫、调节激素分泌和神经营养等[1],目前被广泛用于营养保健品和治疗性药品。本文将对GABA在动物生产中的应用进行综述。
1 GABA 在动物生产中的作用
1.1 抗应激
GABA的抗应激作用主要是通过对下丘脑-垂体-肾上腺轴的调节来实现的。应激的过程,最重要的一点就是下丘脑-垂体-肾上腺轴的亢进,引起糖皮质激素皮质酮和皮质醇分泌量剧增,从而调动身体的一切机能来对抗外界环境的变化。但在动物生产中,长时间的应激会引起动物采食量、饲料转化率、生长激素的降低以及死淘率的增加。GABA作为体内最重要的氨基酸类神经抑制性递质,可通过与受体结合,产生突触后抑制,降低下丘脑中促肾上腺素释放激素(CRH)水平,从而抑制垂体促肾上腺素(ACTH)的分泌,最终抑制肾上腺对皮质酮和皮质醇的分泌,缓解应激。
同时有研究表明:应激本身是一个引起大脑海马内兴奋性氨基酸谷氨酸、天冬氨酸增加和抑制性氨基酸GABA降低的过程,体内GABA含量和应激是一种对立的关系[3]。徐峰等(1993)在小鼠上进行研究,发现GABA能显著降低血清皮质酮水平(P<0,01),并且褪黑素降低血清中皮质酮含量的过程也与GABA对下丘脑-垂体-肾上腺轴的调节有关[4]。陈忠等(2002)研究高温条件下饮水中添加0.05%GABA对缓解肉仔鸡热应激的影响。结果表明GABA可以明显降低高温条件下肉仔鸡的呼吸频率(对照组为82.2次/min,实验组为77.8次/min)和饮水量,增加体内红细胞数量(对照组为2.02x106,实验组为 2.38x106),从而提升血液的携氧能力。曹德瑞等(2007)研究饲料中添加GABA对高温条件下生长猪生产性能的影响,得到相似的结果。饲料中添10mg/kg GABA,猪的日增重提高了 13.08%,料重比降低7.81%,表明日粮中添加-氨基丁酸对热应激条件下改善畜禽的生产性能、缓解应激具有明显的效果[6]。
1.2 提高采食量
与外源性诱食剂侧重于采食行为的发生相比,GABA作为生理调节剂,更注重于对动物采食行为过程的调控,旨在延长动物的采食时间,从而达到提高动物的采食量的目的。
GABA对采食量的调节是一个复杂的过程。但大多研究认为,GABA对采食量的调节作用主要与神经肽Y(NPY)相关,GABA可能通过NPY作用于位于下丘脑马状核内的摄食中枢,诱导产生摄食行为。GABA还可以通过神经肽Y促进内源性阿片肽的分泌,产生摄食的快感。研究还发现,同时给予GABA和NPY,促摄食增加的程度大于单独给予GABA或者NPY,表明两者之间存在较强的协同关系。
除了在中枢神经系统的复杂调控作用外,GABA调节采食可能还有其它渠道:GABA是参与味觉调制的代表性神经递质,与谷氨酸共存于支配味蕾的神经纤维和味觉新皮层中,共同调制味觉的产生,参与调节采食行为;GABA还能影响胃肠道的物理与化学感受器的敏感性,抑制生长抑素分泌,提高胃泌素水平[7]以及减少中枢神经系统胆囊收缩素(CCK)的释放,促进养分的消化吸收,减弱消化道食糜对动物摄食行为的负反馈作用,从而增加采食量[7]。
韦习会(2004)在生长猪日粮中添加10和20mg/kgGABA,发现日平均采食量分别提高了7.82%和9.47%,与对照组差异显著[9]。刘振军(2006)研究显示,添加50mg/kg GABA 采食量提高了 12.6%[10]。杨小军等(2009)实验同样表明,日粮中添加GABA可明显改善仔猪采食量和日增重[11]。对于肉仔鸡,陈忠等(2005)实验表明,高温季节在饮水中加人0.05%的GABA,肉仔鸡的应激得到明显缓解,采食量、日增重、料肉比等都得到了明显的改善[5]。
1.3 免疫增强作用
GABA增强机体免疫力可能与以下因素有关:一是对生长抑素(SS)的调节。SS具有广泛的免疫抑制作用。不仅抑制T淋巴细胞的增值,还可以抑制免疫球蛋白的合成。SS对IgA合成的抑制作用可达20%~50%,另外SS还抑制单核巨细胞的活化、分泌,并诱导其凋亡[12]。GABA可通过影响消化系统如胃肠道的物理与化学感受器的敏感性来抑制SS的分泌,消除SS对免疫的抑制。二是对生长激素的调节。生长素(GH)几乎对所有免疫细胞(包括淋巴细胞、巨噬细胞、外周自然杀伤细胞)、中性粒细胞和胸腺细胞都有促进分化和加强功能的作用。范志勇等(2007)研究表明,在生长猪日粮中添加50和100mg/kgGABA显著提高血清中的GH水平[8]。GABA对GH的调节可能是直接作用于下丘脑,也可能通过抑制生长抑素促进了GH的分泌。GABA对免疫的调节还可能与甲状腺素有关,适量的甲状腺素可促进T细胞从胸腺进人外周血液,有利于B细胞和浆细胞的分化,增强免疫球蛋白的合成。
有研究表明,在动物日粮中添加适量GABA后可使三碘甲腺原氨酸和四碘甲腺原氨酸的分泌有较大增加。同时,GABA作为体内最重要的氨基酸类中枢神经抑制性递质,具有明显的抗惊厥、焦虑和应激的作用,而焦虑和应激是引起动物免疫力下降的重要原因。
1.4 镇静安神作用
动物体内存在的氨基酸类神经递质主要包括GABA,甘氨酸、谷氨酸和天冬氨酸,其中GABA 和甘氨酸为抑制性神经递质,谷氨酸和天冬氨酸是兴奋性神经递质。相对于甘氨酸,GABA对神经的调节作用要大得多,是体内最主要的氨基酸类神经递质。由于GABA能抑制神经兴奋,在动物生产中,可用于缓解动物间的争斗、燥栏以及鸡、鸭的啄肛和啄羽现象,并且在实践中已经取得了非常好的效果。
1.5 改善生产性能
GABA改善生产性能的作用实际上是其它功能在动物生长上的综合反映。主要包括以下几个方面:明显提高采食量,增加营养摄入;缓解应激,增强免疫,安静动物以减少营养消耗;调节SS或直接作用于下丘脑,促进CH分泌,促进蛋白质沉积和动物的生长。表现出对生长速度、饲料转化率、屠宰率、瘦肉率等生产性能指标的改善。
曹瑞德等(2007)在仔猪日粮中添加10mg/kgGABA,全程日增重增加了13.08%(P<0.01),料重比降低了7.81%(P<0.01),屠宰率增加了3.64%(P<0.01),眼肌面积提高11.89%(P<0.05)[6];范志勇等(2007)研究GABA对生长猪生产性能的影响,发现50mg/kg和100mg/kg相对对照组日增重提高了9.55%和13.35%,而料肉比分别降低8.3%和17.6%,同时生长激素、褪黑素和促甲状腺素等指标试验组在各个阶段都显著高于对照组或表现出增加的趋势[8]。韦习会(2002)对生长猪的研究也得到相似的结果,但是在他认为GABA在育肥猪饲料中的最佳添加量为10mg/kg,超过20mg/kg将会降低饲料转化率甚至影响采食量[9]。这一结论与曹德瑞等(2007)基本一致,但与杨小军等(2009)、刘振军(2006)和范志勇等(2007)不一致,后者的研究表明生长猪最佳的GABA剂量为40~100mg/kg。
2 总结与展望
GABA对缓解动物应激、提高采食量、调节免疫、减少动物争斗和鸡鸭啄肛啄羽具有明显的效果,对生产性能改善也具有明显的促进作用,是一个非常具有前景的绿色添加剂。但实际生产中,还有两个问题值得研究。
一是添加剂量问题。一部分学者认为GABA的添加剂量为10~20mg/kg最佳,超过20mg/kg可能起相反的作用(艾景军,2008;曹瑞德,2007;韦习会,2002);也有学者认为最佳剂量为50mg/kg(刘振军2006),80 mg/kg[11]或100 mg/kg 等[8]甚至 150 mg/kg[13]。由于GABA是体内主要的神经性抑制递质,高剂量可能会引起一定程度的神经毒性,我们就曾经观察到80mg/kgGABA引起猪运动失调的现象。因此还需要对GABA准确剂量做进一步的研究。
二是GABA的稳定性问题。GABA对PH值和热不稳定(王向阳等,2009),在PH4.5~5.5 100℃加热10~20 min,损失可达16.8%~30.4%。饲料中添加后在保存和制粒过程中的损失率目前尚无人研究。如果以下2个假设成立:一是GABA的最佳添加剂量在10~20mg/kg,超量可能带来相反效果;二是GABA在饲料保存和生产中损失比较大,就必须对GABA做稳定性处理,保证饲料到达动物嘴里的GABA 浓度为最佳。