动物冷应激研究进展

何 荣,张崇志*,张春华,金 鹿,桑 丹,李胜利,额尔德尼布拉格,差乐干,孙海洲*

(1. 内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；2. 乌审旗农牧技术推广中心，内蒙古 鄂尔多斯 017300)

1936年加拿大病理生理学家Hansselye首次提出应激(stress)这一概念，应激是指机体对外界或内部的各种异常刺激所产生的非特异性应答反应的总和。这些反应可调整、维持机体内环境的相对稳定，提高机体对外环境的适应力。寒冷是北方地区动物面临的一种最普遍的应激因素，动物长期处于寒冷环境下会改变机体内环境稳态，同时也会增加体增热，降低动物生产性能及饲料利用效率，严重制约畜牧业发展。本文主要从冷应激对动物血液生理生化指标、免疫功能、生产性能以及冷应激相关基因表达的研究进展几个方面进行综述。通过分析动物冷应激产生的原因和影响，提出抗冷应激相关措施，从而提高我国养殖业的技术水平，为动物冷应激的研究工作奠定基础。

1 动物适应冷应激的生理调节机制

冷应激作为多种应激源的一种，反应机制十分复杂，几乎涉及动物的所有组织和器官，其中主要由中枢神经系统和大脑皮层整合调节。通过交感-肾上腺髓质轴、下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴、下丘脑-垂体-甲状腺轴以及一些冷应激相关激素共同作用来实现动物机体稳态调节。冷应激发生时，使交感神经活化，并刺激下丘脑神经元释放促肾上腺皮质激素释放激素(GRH)和垂体后叶加压素(VP)，GRH激活去甲肾上腺素神经元，交感神经兴奋加强，促使儿茶酚胺类激素分泌。这些激素作用于皮肤血管，有利于减少机体散热。此外，室旁核接受传递信号，位于背内侧核GRH分泌神经元活化，GRH释放进入垂体门脉到达腺垂体，在儿茶酚胺和VP的作用下，腺垂体增加促肾上腺皮质激素(ACTH)释放，促进肾上腺皮质分泌糖皮质激素(GC)。当动物机体受到冷刺激时，信息传递到下丘脑使促甲状腺激素释放激素(TRH)分泌增加，引起腺垂体的促甲状腺激素(TSH)分泌增加。甲状腺激素促进肝糖原的合成和糖异生，同时交感神经和甲状腺激素协同控制产热器官和褐色脂肪。

2 冷应激对动物产生的影响

2.1 冷应激对动物血液指标的影响

血液中的生化指标能够反映出动物机体的器官或组织所发生的生理变化以及整体或局部发生的代谢变化。通过分析血清中丰富的蛋白质表达差异，可以反映动物机体的生理环境，从而判断动物机体的生理状态。杨玉英等分析雏鸡冷应激前后血清中蛋白质的表达差异，发现果糖二磷酸醛缩酶C(ALDOC)的表达量升高，表明冷应激会增强机体能量代谢。也有研究表明，在不同冷应激条件下贵妃鸡雏鸡血液中的γ-谷氨酰转肽酶、肌酸激酶以及乳酸脱氢酶的活性上升，葡萄糖、钙、磷以及血清尿素氮含量发生不同程度的变化，表明冷应激会导致机体能量供应不足，使血液中某些生化指标发生变化。刘洋等研究发现，冷刺激对小鼠自发运动和探究行为有抑制作用，冷应激后中枢神经系统变化可能是造成小鼠探索行为焦虑和情绪变化趋势的基础。当动物机体处于冷应激条件下，与糖代谢和能量代谢通路相关蛋白的表达量提高，促进糖等能量物质的分解，使机体代谢增强、产热增加，以应对寒冷的气候环境。在较高强度冷应激下，IgG质量浓度降低，说明绵羊机体免疫机能的调节及抗炎症反应等功能受到了抑制。

2.2 冷应激对动物生理免疫的影响

动物受到冷刺激时，自身难保持机体各部分的热量及营养物质的供应导致机体免疫机能下降。冷应激减缓畜禽生长发育，抑制免疫功能，增加发病率。当动物处于冷应激状态时，脾脏和淋巴结对刀豆素和植物血凝素A的反应趋势减弱，降低细胞自然杀伤的活性，对靶细胞攻击力下降；在一定程度上抑制T淋巴细胞的有丝分裂和DNA合成；损伤浆细胞，阻碍免疫球蛋白合成以及分泌；抑制巨噬细胞对抗原的吞噬，从而抑制抗原的处理。

顾有方等研究发现，冷应激使胸腺和脾脏的器官指数显著降低，导致小鼠免疫力降低。冷应激会影响应激激素及大鼠先天性和适应性免疫功能。也有研究表明，急、慢性冷应激对雏鹌鹑十二指肠内菌群数量有一定影响，导致种群数量和种类发生了变化，影响了鹌鹑肠道内消化和免疫功能。冷应激作为一种应激源，是一种非特异性致病因素，能够通过干扰动物机体的正常生理活动降低动物抗病能力，促使其他致病因素发病，导致动物处于非健康状态。通过组织病理学检查，冷应激可引起鸡肠道免疫功能的改变。彭福刚等研究发现，在免疫猪瘟的条件下，低温环境显著降低大白猪血液中白介素-6、干扰素-α的水平，进而降低了猪瘟抗体的水平。汪骁轩等研究发现，冷应激使绵羊内环境和机体代谢受到影响，对机体器官造成一定损害，羔羊脂肪、部分免疫器官造成不利影响，机体造成不同程度的损伤，导致免疫调节发生一定改变。

2.3 冷应激对动物生产性能的影响

寒冷刺激引起冷应激使动物机体生长受到不利影响，冷应激后动物机体需要更多的能量用来产热，从而降低其生产性能。冷应激条件下，不仅肉牛的生产性能受到显著影响，而且对奶牛产奶性能也有较大影响。有研究表明，当温度分别低于-4 ℃和-20 ℃时，奶牛产奶量分别下降5%和10%以上，荷斯坦-弗里斯奶牛在受到轻微冷应激后，产奶量下降约2 kg。Chebel等研究显示，暴露于寒冷胁迫下的小母牛在授精时受孕的速度比没有暴露在极端气温下的小母牛慢。张士军等研究发现，随着冷刺激的加强绵羊的平均日增重下降甚至出现负增长。汪骁轩等研究发现，冷应激导致绵羊机体屠宰性能降低，肉骨比、净肉率、去尾脂屠宰率、去尾脂肉骨比均有所下降，而机体为抵御寒冷，皮重/活重略有所上升。也有研究发现，冷应激导致绵羊产奶量大幅度下降，奶中脂肪和蛋白质产生的损失分别在7到16和0.2到0.6 g/d/℃(或THI单位)之间。肉鸡受到寒冷刺激后，大腿肌肉和胸肌分别有84%和42%的肌肉产生色深、坚硬、干燥等品质缺陷。

2.4 冷应激对动物抗氧化性能的影响

当动物机体受到冷刺激时，通过减少散热量已经不能维持机体稳态，因此就需要机体增加产热以保持体温的恒定。增加产热量需要提高自身代谢水平，通过将营养物质进行氧化分解释放更多热量，在这个过程中会产生氧化自由基破坏机体中的氨基酸、脂质等多种物质，对机体产生氧化损伤。根据机体中丙二醛(MDA)含量的变化趋势证明，一定程度的冷刺激可以提高绵羊机体抗氧化能力，随着冷应激加强会抑制机体抗氧化性能。王金涛等研究发现，不论是急性冷应激还是慢性冷应激都会改变机体的抗氧化功能，诱发氧化胁迫，体内自由基增多导致机体损伤。也有研究表明，肉牛直接暴露于寒冷天气下，可提高循环中性粒细胞和单核细胞的水平，有助于淋巴细胞的动态平衡，但也会因氧化应激的增加而激活抗氧化酶。

2.5 动物冷应激相关基因的研究进展

热休克蛋白(heat shock protein,HSP)是Ritossa在1962年首先在非致死性热处理后的果蝇的体内发现的，又称应激蛋白。HSP70在正常细胞中水平较低，且高度保守，几乎在所有生物的应激细胞中都经常被诱导表达和抑制，只有冷应激达到一定程度时才能导致机体HSP70的显著上升。HSP70是很有前途的候选基因，可独立在牛群体中进行验证，也可用于与牛抗寒性相关的功能研究。研究表明，冷暴露对不同细胞类型中热休克蛋白的表达均有影响，在冷暴露或恢复后，热休克蛋白25、70、72、89、90和98的表达增加。彭孝坤等研究发现，在急性冷应激期间绵羊能通过提高心率增加产热，降低呼吸频率减少散热，增加肝脏、心脏和背最长肌等组织中HSP70家族基因表达量来抵抗应激；随着冷应激时间延长降低直肠温度、抗氧化能力、免疫功能，及脾脏和十二指肠等组织8基因表达量。也有研究发现，急慢性冷应激使鸡肝脏中HSP60、HSP70、HSP90、GRP78 mRNA 、炎性相关因子 mRNA 及蛋白表达明显上调，表明急慢性冷应激可导致肝脏炎性因子及 HSP 的表达增加。

近年来，miRNA作为一种生物学标志物，已被广泛用于疾病的早期诊断和某些生理状态的评价，冷应激可诱导多种动物miRNA呈现显著性的差异表达。郭文晋等研究发现，冷应激的大鼠肝脏中 miR-383、miR-92a、miR-151、miR-98 和 miR-425的表达均出现极显著升高，初步表明肝脏可通过动员miRNA的表达来应对冷应激。随后发现，急性冷应激条件下，miR-210 的表达显著增加，上调miR-210-3p的表达促进了肝脏的糖酵解并增强了细胞线粒体的呼吸能力，初步探究了急性冷应激下miR-210的信号转导途径，表明肝脏 miR-210-3p 的上调是机体应对冷应激的首选机制。冷暴露大鼠血清中rno-miR-151-3p、rno-miR-210-3p、rno-miR-425-5p、rno-miR-383-5p、 rno-miR-92a-3p、rno-miR-98-5p和rno-miR-328a-3p显著降低，但是这7种miRNAs在冷暴露大鼠肝脏中,rno-miR-383-5p显著降低，其余均显著升高。这7个miRNAs被认为是大鼠的冷反应miRNAs，在冷应激反应中起着重要作用。在冷应激肉鸡研究中发现，垂体中30个基因的表达存在差异性调节，这些基因大部分与酶和代谢、细胞发育、凋亡和一些信号通路有关。也有研究发现，冷暴露后丝裂原活化蛋白激酶1(MAPK1)表达增加，吲哚丙酸(IPA)表明MAPK1参与了MAPK信号通路，因此MAPK1可能是动物冷应激研究的新候选基因。

3 抗冷应激措施

3.1 改善饲养环境，增加饲料营养，提高饲料利用率

在现代养殖业中要防止寒冷应激对家畜产生一系列的应激损伤。首先，要有标准化的圈舍，而圈舍的选址、布局就显得尤为重要，要根据动物体型大小等因素合力安排圈舍密度。其次，要做好冬季圈舍的保温工作，避免冷空气突然进入使动物产生冷应激。例如，犊牛在寒冷季节要加厚褥草，防止受到寒冷侵袭发生疾病。最后防潮除湿也是控制圈舍温度的有效措施，潮湿的环境不利于圈舍保温，冬季应尽量使圈舍保持一定的干燥，及时清理动物粪便。动物在寒冷的冬季为了抵抗寒冷刺激，相比夏季需要更多的能量摄入，必要时可以在饲料中添加适量脂肪，脂肪可代替部分碳水化合物加入饲料。

由于动物肠道内的生物钟系统调控机体营养物质代谢和吸收具有节律性，因此利用动物机体一天中对营养物质需求、消化、吸收和利用的周期节律性进行科学精准饲喂可提高动物生产性能。研究表明，营养水平、摄食的时间和周期对动物机体昼夜节律的调节和代谢有显著影响，动物消化器官在夜间的机能下降，基础代谢很低，饮食诱发的产热在早上最高，在晚上最低。根据生物钟运行的主要环境因素，通过研究养殖过程中生物钟的环境因子的变化与动物生长特性及其营养需求，设计一天内不同营养浓度的饲粮及其动态饲喂模式，实现动物营养的精确化供给，营养供需达到平衡，不仅可以提高饲料利用率，并最大程度地发挥其生长性能，还可以促进动物健康，提高养殖效益。近几年研究表明，高蛋白-低蛋白动态日粮不仅提高母猪的泌乳量和常乳蛋白含量，影响母乳脂肪酸组成，改善生长猪的生长性能和饲料的利用率，而且显著缩短繁殖周期；通过采用动态的饲喂系统，可将氮采食量降低7.3%，排泄量降低12%，饲料成本降低1.0%，显著提高胴体质量；饲喂变动日粮后，反刍动物营养供需达到平衡，粪尿氮排放减少，沉积氮增加，氮利用率提高，微生物蛋白质合成量增加；节律性饲喂不同蛋白浓度日粮不仅可以有效提高细毛羊泌乳中后期母羊体重、日增重、泌乳量、乳脂肪和乳蛋白的含量，而且促进羔羊的快速生长和发育，泌乳中后期鄂尔多斯细毛羊更适合高-低蛋白节律性饲喂方式；也有研究发现，一天饲喂时间和饲喂次数的不同显著影响奶牛泌乳的日节律、机体代谢及瘤胃发酵功能。因此，通过调整饲喂制度、配制符合动物肠道内的生物钟调控机体营养物质代谢和吸收节律性的均衡营养日粮，抵御动物冷应激条件下引起的应激损伤，可成为经济、简捷的营养调控手段，缓解动物冷应激。

3.2 添加抗冷应激物质，培育耐寒品系

在人为不可改变的寒冷条件下，专门研发冷应激专用饲料以保障动物营养的供给。动物日粮中添加抗冷应激物质可以有效减少冷应激对动物造成的应激损伤。研究表明，在日粮中添加2.3%和2.8%的抗冷应激添加剂后，显著提高鹌鹑期末的体重、日增重、饲料增重、脾脏指数和新城疫抗体效价，添加1.8%的抗冷应激添加剂可显著提高胸腺指数和腔上囊指数，表明抗冷应激制剂有助于提高鹌鹑的免疫功能。蒙药山奈汤能够提高雏鸡免疫器官指数，有效缓解急、慢性冷应激中血液生化指标的变化幅度，调节生理平衡。在肉鸡日粮中添加姜黄素/纳米姜黄素可以缓解冷应激对生产性能和腹水综合征的不良影响，添加200 mg/kg姜黄素/纳米姜黄素可显著改善肉鸡生产性能、抗氧化能力和空肠组织健康。也有研究发现，左旋肉碱可以增加动物机体产热，增加动物机体脂肪氧化速度，提高动物的饲料转化效率及蛋白质的利用效率，在动物冷应激反应中有一定保护作用。

动物对应激的敏感程度与遗传基因有关，可以通过培育耐寒品系，淘汰对应激敏感的动物，建立抗冷应激种群。

4 小 结

动物机体遭受冷应激会引发不同程度的负面影响，其深入研究可以更好的解释机体的调节机制，这对于提高我国养殖业技术水平、生产效益十分有利。在生产实践中，不仅要在管理水平、饲养方式上减少应激损伤，从分子水平上研究与冷应激相关的基因，探明冷应激反应的分子机制更具科学价值。