与环境胁迫下糖皮质激素受体相关的神经内分泌免疫网络的营养调控解析

■王桂芹 韩宇田 芦洪梅 陈秀梅

（吉林农业大学动物科学与技术学院，吉林长春 130118）

鱼类作为水生变温动物，特别容易受到外界水环境剧烈变化的负面影响。目前，大规模集约化养殖过程中，养殖动物会面临各种性质的环境胁迫，如物理、化学、生物和管理等胁迫。同样不同程度的胁迫，如急性和慢性胁迫的影响亦差异较大（韩宇田等，2012）。环境胁迫使得鱼类不能维持正常的生理状态，降低对饲料的利用率，导致动物免疫力显著降低，影响其养殖的经济效益。可见，环境胁迫所导致的生长下降和健康问题是制约集约化水产养殖的瓶颈问题之一。通过营养调控的办法来减缓环境胁迫对鱼类应激的影响，从而提高其免疫和抗病能力，显著提高其生产性能和质量安全是亟需研究和解决的问题。应激的营养调控主要是通过神经内分泌免疫网络(NEI)的协调作用的途径来实现的，从而改善鱼类对饲料的摄食、消化和吸收、代谢与调控以及对免疫系统的正向调节等复杂环节，亦受到神经递质、激素、酶和基因的精细调节（韩宇田等，2012）。本文主要从水产动物在各种环境胁迫条件下，糖皮质激素受体的改变可通过神经内分泌免疫网络（NEI）来调控，营养可对其应激及其相应的变化过程进行正向调节等最新成果进行综述，并指出其研究中存在的问题和未来的发展方向，使动物恢复到正常状态，保证水产养殖生产潜力的最大发挥。

1 应激与神经内分泌免疫网络

应激可定义为机体感应体内和体外水环境变化时，所导致的神经内分泌免疫网络活化后的综合性反应。NEI包括神经系统、内分泌系统、免疫系统，它们通过共有的信息分子，如神经递质、激素和细胞因子及其相应受体进行双向信息传递的相互作用，共同调节并维持生物内环境平衡的复杂网络（Verburg等，2009）。下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴是神经内分泌系统重要的应激反应轴，也是NEI网络的重要组成部分（Michail等，2015）。神经系统感知应激，内分泌网络负责重组物质和能量资源和代谢调整，从而产生应对应激的适应性反应，通过神经内分泌递质、糖皮质激素、免疫炎性细胞因子及其相应受体等的介导作用（王新兴等，2013），双向调节炎症、免疫反应及其物质和能量代谢，使得动物在一定程度上可适应环境应激或胁迫，维持动物内环境的稳态（Marc等，2002）。内分泌系统不能直接感受外来刺激，而免疫系统能够感受、识别和记忆一系列的应激反应。一般来讲，刺激达到一定程度，超过身体的调控范围，可引起神经内分泌免疫网络信息交流的紊乱，如免疫细胞可通过合成并释放而改变激素、神经递质和细胞因子的水平（皮质醇、儿茶酚胺、TNF-α和IL-6等），这些改变共同引起各种病理生理的变化。

2 评定环境胁迫的敏感指标

在水产养殖环境胁迫条件下，下丘脑-垂体-肾间组织轴（HPI）能感受各种刺激，使得其血皮质醇水平发生明显改变，表明血皮质醇水平能反映鱼类遭受胁迫状态的程度。对鲤鱼(Cyprinus carpio)（Marc等，2002）的研究表明，血浆皮质醇水平与养殖密度正相关。可见，鱼类血皮质醇水平能敏感地感受外界的环境刺激。一些研究表明，当鱼类感受环境胁迫时，通常表现为鱼血葡萄糖水平随着血皮质醇水平的升高而升高。如冷休克处理遮目鱼（Chanoschanos），试验鱼体葡萄糖水平显著升高（Hsieh等，2003）。在高密度运输、捕捞等急性胁迫条件下，鲤血葡萄糖水平亦显著升高（麦康森等，2004）。但亦有报道，当环境胁迫持续一段时间后，血葡萄糖不再继续升高，反而逐渐下降，并可恢复到胁迫前的水平。可见，血葡萄糖具有瞬时效应，不能全程准确评定胁迫的状况，只可作为鱼类急性胁迫的评价指标（麦康森等，2004）。HSP70等细胞热应激蛋白在正常细胞中水平较低，但当鱼类遭受应激刺激时，细胞热应激蛋白（HSP70等）的基因表达迅速增加，HSP70参与蛋白质的折叠、转运及生物合成，从而更好地参与调节、修复和降解变性等复杂过程，使其更好地与糖皮质激素受体（GR）结合，发挥其分子伴侣的作用，最终使得应激过程中受损细胞结构和机能的快速恢复（Vde等，2015），HSP70可下调GR，从而抑制HPI轴兴奋。HSP70的诱导表达是细胞水平对应激的调控。从以上分析可选择血糖、血皮质醇和血HSP70作为急性应激时的评定指标。

当鱼类遭受慢性环境胁迫时，很多指标的变化不能准确反映胁迫的程度。逯尚尉等（2011）对点带石斑鱼、Barton等（1991）对虹鳟（Salmo gairdneri）的研究表明，随着胁迫时间的延长，皮质醇水平又有所回落，甚至会恢复到正常水平，所以皮质醇并非慢性胁迫的敏感评价指标。其他如慢性胁迫时三大营养物质代谢的指标（如葡萄糖、乳酸、脂类和蛋白等）亦不稳定且不能作为评定指标（Chatterjee等，2006）。近年来，Genciana等（2005）对黑鲈的研究证实，在高密度拥挤胁迫下，黑鲈肝脏中的肾上腺糖皮质激素受体的水平随着血液皮质醇水平的上升而降低，表明慢性应激反应可影响肾上腺GR的表达，即GRmRNA可作为评定慢性拥挤胁迫的敏感指标（Adimoolam等，2015），HSP70亦是评定慢性应激调控能力的敏感指标（Wischmeyer等，1997）。

3 应激与神经递质、糖皮质激素和细胞因子及其受体

应激过程的基本规律为当鱼类面临环境胁迫等应激时，神经系统感知应激后，下丘脑的视前核通过垂体分泌皮质类固醇释放激素（CRH），与肾上腺皮质细胞中促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）受体结合，导致促肾上腺皮质激素（ACTH）释放入血（Hideya等，2013），进而导致头肾髓质嗜铬细胞释放儿茶酚胺、肾上腺素和去甲肾上腺素等，头肾皮质细胞释放皮质醇入血。关于鱼类受到各种应激刺激时，HPI轴发生变化已有很多报道。硬骨鱼类具有淋巴器官，如胸腺、脾脏和头肾，其中头肾是具有神经内分泌和免疫功能且能调控神经内分泌免疫网络的器官（Mommsen等，1999）。糖皮质激素（GC）发挥作用是通过与糖皮质激素受体（GR）结合成GC/GR结合体，该结合体可调节基因表达而对靶细胞发挥免疫抑制或免疫激活作用（Michail等，2015），进而调控鱼类的免疫功能、物质和能量的代谢。有研究表明，与哺乳动物不同的是，鱼类具有GR1a、GR1b、GR2和MR四个糖皮质激素受体（Teles等，2013），它们之间的关系及其应激对它们的影响还不是很清楚。

3.1 糖皮质激素对鱼类免疫系统的影响

当鱼类面临各种环境胁迫时，通常导致其血皮质醇水平升高，抑制免疫功能的发挥。通常表现为对免疫细胞数量和特性、细胞因子及抗体的产生、受体的调控等方面。鲤腹腔注射皮质醇可增加粒细胞、降低淋巴细胞数量、导致淋巴细胞增殖减少（Mommsen等，1999）、抑制虹鳟单核/巨噬细胞的细胞增殖（Pagniello等，2002）。有一些研究表明，鱼类受到应激刺激时，虽然导致血皮质醇水平的升高，但却抑制细胞中炎性细胞因子的表达。如皮质醇可抑制促炎细胞因子（如IL-1β、TNF-α、IL-12和iNOS）的产生（Hailang等，2014）。但皮质醇和LPS可协同作用，刺激并诱导鲤头肾吞噬细胞IL-1mRNA的表达（Gino等，2014）。皮质醇处理（模拟慢性应激）所介导的免疫抑制降低IFN-α的产生（Gadan等，2012）。有研究表明，动物在体内或体外应激时，可降低其抗体的产生。如皮质醇处理抑制抗体的产生，温度应激降低接种后抗体的产生（Verburg等，1999），皮质醇可降低从鲤脾脏、头肾和血液分离的淋巴细胞分泌IgM（Teles等，2013）。皮质醇可降低鱼类非特异性免疫功能。如鲷高密度胁迫导致其补体水平下降（Weyts等，1999），体外皮质醇可降低罗非鱼、鲤和银鲷头肾细胞的吞噬活性（Law等，2001）、抑制金鱼巨噬细胞的趋化和吞噬及其呼吸爆发活性（Wang等，2003）。亦有报道皮质醇导致银鲑头肾白细胞糖皮质激素受体结合位点的增加（Stolte等，2006)及抑制血淋巴细胞、自然杀伤细胞和巨噬细胞（Tiehui等，2013）。

3.2 糖皮质激素受体与免疫功能

GC的免疫调节效应是通过GR来介导的，免疫细胞也可通过调控GR的表达来调节自身对GC的敏感性反应，可见，GR是内分泌系统与免疫系统相互调节的桥梁和纽带，所以适度刺激可通过激活的细胞内信号转导，促进细胞增殖，但过强的有害的刺激可诱导细胞凋亡或导致细胞坏死（Bjørn等，2013），因此，GR的适度改变可维持内分泌与免疫系统间的平衡。Genciana等（2005）研究表明，黑鲈高密度慢性胁迫导致糖皮质激素受体mRNA水平随着血液皮质醇水平的上升而降低，主要原因为鱼类面临胁迫时，升高的糖皮质激素与胞浆中游离的糖皮质激素受体（GR）结合，导致GR构象改变并与热休克蛋白（HSP）解离，形成GC/GR的结合体转移至细胞核，诱导下游靶基因转录，发挥转录抑制的调节作用（Hailang等，2014）。GR存在于大多有核细胞中，GR在外周有抗炎、抗免疫作用，在肝脏、骨骼肌等处，GR主要通过调控某些酶类而参与能量代谢（Ellen等，2008）。动物GR对免疫进行调节可通过抑制淋巴细胞活性，抑制IL-2、IL-3及IFN等细胞因子的产生和释放，使机体在受到抗原刺激时，不致产生免疫损伤；可抑制已激活的淋巴细胞克隆。可见，GR的免疫调节作用具有组织或细胞特异性和浓度依赖性，有抑制或促进作用，同时GR介导的信号对机体的生长发育、细胞分化、物质代谢和免疫平衡等有广泛调节作用（Gino等，2014）。但关于水产动物的研究还鲜有报道，所以，为深入了解鱼类内分泌与免疫系统之间的相互调节规律，亟需进行GR和免疫细胞间的深入探讨和研究。

3.3 糖皮质激素受体与细胞因子

免疫细胞受抗原刺激后分泌的具有生物活性的肽类化合物，即神经递质、神经肽和受体、激素等为细胞因子，是细胞之间的信息物质，不仅参与调节免疫反应，而且具有类似神经递质的作用，参与许多神经生化过程（Verburg等，2011）。IL-1、IL-6及TNF-α等为单核巨噬细胞所分泌的细胞因子，IL-2及INF-7等为淋巴细胞所分泌的细胞因子（黎曼等，2010）。根据细胞因子可分为促炎细胞因子（如IL-1、IL-6、IFN-α、IFN-γ、TNF-α等）和抗炎细胞因子（如IL-4、IL-l0等）两大类。外周细胞因子直接或间接作用于大脑并与其受体相结合，引起炎症级联放大反应并产生炎症，表明细胞因子和HPI轴之间存在着精细的神经免疫内分泌调节。细胞因子对HPI轴的影响表现为：一种是显著激活HPI轴。注射细胞因子可引起CRH、ACTH和皮质醇的合成与释放增加，慢性给予细胞因子或炎症诱导剂并不能激活HPI轴（Metz等，2006）。另一种是通过负反馈调节，细胞因子通过激活相关炎症信号分子，抑制HPA轴的活化产物，阻断GR从胞质到胞核的转位，影响GR与DNA的结合（Ellen等，2008）。从而抑制多种炎性细胞因子，如IL-6、TNF-α的产生；而NF-κB促进炎性细胞因子的表达和释放，二者对炎性细胞因子的产生起着相反的调控作用。适当浓度的GC诱导TNF-α、IL-6、IFN等细胞因子的表达,上调细胞因子IL-6和TNF-α的受体水平（Tiehui等，2013）。

4 营养对应激的正向调节

有很多研究都表明，通过营养调控可在一定程度上缓解鱼类面临各种胁迫环境所导致的应激。李爱华等（1997）对草鱼、Montero等（1999）对金头鲷、Toch⁃er（2002）对大菱鲆的研究表明，在高密度养殖鱼类饲料中添加维生素C（VC）、维生素E（VE）等营养免疫增强剂，可通过提高其免疫力和抗氧化酶的活力来调节其免疫力和抗病力，从而提高其抗应激能力。Cristina等（2008）对虹鳟（Oncorhynchus mykiss）分别用维生素E和C以及维生素E和C和HUFA联合使用来抵抗拥挤胁迫。谷氨酰胺（Gln）对哲罗鱼仔鱼（徐奇友等，2009）和罗非鱼（杨奇慧等，2008）具有提高其生产性能，促进肠上皮细胞的增殖与分化、抗病能力及免疫功能。分析以上抗应激营养免疫增强剂都是通过提高抗氧化酶的活性来提高其免疫力和抗病力。但又有研究表明，营养免疫增强剂在饲料中使用存在时间效应（Ortun等，2003）。所以，在真正使用时，除考虑选择合适的剂量外，还要考虑给予的时间和周期；在应激条件下，整个的代谢调整是动用体内贮存来分解供能，尤其是靠糖代谢来分解供能，但鱼类利用糖的能力和糖代谢能力较差，能量的供给不能及时满足，表明养殖动物需要消耗大量能量来抵抗胁迫。但现有报道都表明，饲料中添加免疫增强剂是通过影响养殖动物的免疫力和抗氧化能力来提高其免疫力和抗病力，从而提高抗应激能力，而没有从能量利用或抑制应激的发生来调控鱼类抗应激能力的报道。

5 存在的问题和发展方向

5.1 存在的问题

综上所述，学者们对应激的GR相关的神经内分泌免疫网络的调控途径、信号通路和基因表达以及在不同种属动物、环境和饲料等影响和调控等方面进行了初步研究，提出了应激调控的作用机理，且能被营养和环境等所调控，但是不同研究得出的结果不同，关于应激对鱼类神经内分泌免疫网络及其营养调控的研究及比较尚少有报道。具体表现在以下几个方面：①鱼类面临短时间的急性胁迫和长时间的慢性胁迫时，自身NEI是怎样调控的？②评价慢性胁迫的指标不稳定，能否通过NEI进行系统评价？③能否从NEI调节的细胞机制方面的系统的研究来阐释环境胁迫影响生长的机制？④营养免疫增强剂的适宜剂量、给予时间和周期对NEI的细胞和分子等方面是如何系统调控的？⑤通过应激和免疫抑制模型，确定营养调控在体外是否具有直接的免疫保护作用？

5.2 发展方向

在以往环境胁迫及营养调控的研究基础上，选择我国典型的淡水鱼类为研究对象，系统地研究和比较不同性质和不同程度的环境胁迫条件下，糖皮质激素受体相关的神经内分泌免疫网络改变的营养调控。澄清与环境胁迫下糖皮质激素受体相关的神经内分泌免疫网络的营养调控的分子机理，深入地阐明鱼类抵抗不同类型和不同程度的环境胁迫能力差异的主要原因以及提出饲料营养调控的最适策略，为鱼类适应不同环境条件和养殖不同阶段的饲料调控提供基本的科学依据，为进一步丰富鱼类应激营养学和神经内分泌免疫学等提供理论依据。