环腺苷酸的生理功能及在动物生产中的应用

      环腺苷酸（cAMP）自Sutherland于1957年发现，于1965年提出cAMP作为激素的第二信使理论后，引起人们的关注。近些年来，国内外根据分子生物学理论，在畜牧业、医学和生物学等方面对CAMP进行了广泛研究。依据CAMP中介激素对细胞生长、分化、分裂及对某些基因调控等许多生物学功能，一些研究者把外源性CAMP应用于畜禽生产中，发现CAMP具有显著提高畜禽生产性能和改善胴体品质等作用。
      1   环腺苷酸的生成和分解
      当细胞受到外界刺激时，胞外信号分子首先与受体结合形成复合体，然后激活细胞膜上的Gs一蛋白，被激活的Gs一蛋白再激活细胞膜上的腺着酸环化酶（AC），催化ATh脱去一个焦磷酸而生成CAMP。生成的
      CAMP作为第H信使通过激活APK（cAM依赖性蛋白激酶），使靶细胞蛋白磷酸化，从而调节细胞反应，cAMP最终又被磷酸二酯酶（PDE）水解成5’－AMP而失活。cAMP生成和分解过程依赖
      
      Mg2+的存在。AC和PDE可以从两个不同方面调节细胞内CAMP浓度，从而影响细胞、组织、器官的功能。当AC的活性升高时，cAMP浓度升高，当PDE浓度增高时，cAMP浓度降低。PDE对CAMP的调控，不仅取决于PDE的活化、抑制因素，还取决于细胞内PDE的组成、亚细胞分布。
      2  环腺着酸在动物体内的含量及分布
      自1957年Sutherland首先在肝脏匀浆中发现CAMP后，人们陆续在很多组织如肾。肺、肠、冠状动脉、支气管、脑垂体、血小板、乳汁、睾丸、骨髓等组织或体液中发现有cAMP存在。哺乳动物陈红细胞外，所有组织中都有分布，正常情况下细胞内cAMP浓度为0．1～lμM，但在激素或应激作用下可升高到一百倍以上。血浆中CAMP浓度比细胞中低，约为
      10 nMo细胞内的 cAMP可以释放入血，说明血浆CAMP的变化可在一定程度上反映机体器官的生理变化。
      3   环腺苷酸的生理功能
      3．l  
      环腺苷酸对细胞代谢的调节CAMP调节细胞的许多代谢过程是通过调节酶的活性来实现的。在有ATP存在的条件下，APK可以激活细胞内许多代谢关键酶活性（如脂肪酶）或抑制某些酶的活性（如有活性的糖原合成酶I），最终导致某些代谢反应的加速或抑制（易健华，1981）。1962年Krebs等人研究了cAMP对糖原合成和糖原分解酶系的调节。肾上腺素及胰高血糖素等激素可使CAMP水平升高，激活APK，APK进而激活糖原磷酸化激酶，使糖原磷酸化酶磷酸化，从而糖原磷酸化酶从无活性的b形式转变为有活性的a形式，后者催化糖原分解为1－P一葡萄糖。cAMP可通过APK使糖原合成酶磷酸化，导致具有活性的糖原合成酶转变为无活性的糖原合成酶D，从而抑制糖原的合成。cAMP还能激活糖酵解中的一个关键酶——磷酸果糖激酶，催化6一磷酸果糖生成1，6－H磷酸果糖。另外，cAMP还能阻止ATP对磷酸果糖的抑制。此外，CAMP还可通过APK激活脂肪蛋白激酶，使脂肪水解关键酶——脂肪酸磷酸化而激活，从而促进脂肪水解为甘油和游离脂肪酸。脂肪酸被转移到血液中，结合在血清白蛋白立，然后被转运到其他组织中，特别是心脏、肌肉、肾等组织，进入氧化和三艘酸循环，产生ATP，作为细胞的能源。cAMP还可激活碳酸酐蛋白激酶，后者可使碳酸酐酶磷酸化而激活，催化CO2形成碳酸，碳酸再分解放出H+，对调节细胞的酸碱平衡有重要作用，而且此过程可使胃酸增多，有利于消化（易健华，1981；孙大业等，1997）。
      3．2  环腺苷酸对激素合成和分泌的影响
      cAMP具有调节神经递质合成，促进激素分泌的作用（Gerosa，1980）。大量试验表明，一些二级促激素促进次级激素合成是通过cAMP途径调节的。促肾上腺皮质激素结合到肾上腺皮质细胞后，激活AC，增加
      cAMP浓度，激活PKA，后者磷酸化激活皮质酮、醛甾酮的合成酶。在卵巢细胞中，也有类似的情况，促滤泡激素通过cAMP途径增加雌二醇、孕酮的合成（孙大业等，1997）。cAMP能诱导GH的释放，从而促进肝脏内蛋白质、DNA和RNA的合成，并能加强脂肪分解，刺激机体蛋白质的合成（Dana等，1989；Canoed等，1985）。
      3．3  环腺苷酸对免疫功能的影响 
      阮晖等（2001）在探讨家禽在遭受病原微生物感染，细胞信使物质对免疫功能的调节作用时发现，以传染性法氏囊病病毒（IBDV）强毒株攻击后，肉鸡垂体——背上腺轴活动加强，并发生针对IBDV的特异性免疫反应，血清cAMP含量上升，提示垂体——肾上腺轴活动加强使cAMP上升与执IBDV特异性免疫细胞内效应大分子的合成有关。
      3．4  环腺苷酸对膜蛋白活性的调节 
      cAMP可促使非神经细胞膜上某些蛋白的磷酸化，使其构型发生改变，从而调节膜对一些物质的通透性。例如在红细胞中，cAMP激活细胞膜上的蛋白激酶，使膜上的Spectin蛋白磷酸化后，对红细胞膜的理化性质及红细胞的形态产生极为重要的调节作用。在血小板中，cAMP可通过APK有效地刺激膜上的一种分子量为22000的蛋白磷酸化，并通过对钙摄入的影响，调节血小板聚集、收缩等功能。在心肌细胞中，cAMP可使心肌细胞钙通道发生磷酸化，使膜对
      Ca2+的通透性增强，导致
      Ca2+内流增加而使心肌收缩力增加，心率加快。在肾脏的试验中证明，加压素等通过cAMP使细胞膜物理性质改变，增加对水的吸收（易健华，1981；孙大业等，1997）。
      3．5 
      环腺苷酸对神经细胞的作用McAfee（197１）首先证明cAMP参与神经节突触传递。目前认为：当某些神经细胞兴奋时，突触前神经末梢释放递质作用于突触后膜上相应的受体并激活AC，在突触后膜合成cAMP，进而激活PKA，通过膜蛋白的磷酸化改变膜对离子的通透性，从而影响神经细胞的兴奋性。神经组织内含有高水平的cAMP及其代谢调节酶。在脑、脊髓、脑脊液和外周神经中都有大量cAMP存在。在脊椎动物脑中，
      cAMP含量最高，非神经组织约高10倍，
      AC和cAMP磷酸二酯酶含量也比其他组织高10～20倍。以上说明在神经组织中CAMP的合成和分解速度远远高于其他组织，cAMP在神经组织中起重要作用（孙大业等，1997）。
      3．6 
      环腺苷酸对基因表达的调节。AMP是一个重要的基因表达调控物质（Monall，1991）。在原核生物中cAMP被认为是直接活化RNA聚合酶以促进转录，即通过该酶的6因子的磷酸化来实现促进InRNA转录。近年来的研究表明，真核细胞中cAMP的作用与转录因子调节有关。Montndny等（1986）发现许多cAMP诱导转录的真核基因的启动子周围多含有一致或近乎一致的8个碱基对的回文序列5’－TGACGTCA－3’，并命名为cAMP反应序列（cAM－responsi、
      ele。nt，CRE），是这些基因识别cAMP信号的重要部位。同时，他们还发现cAMP诱导的靶基因表达还需要PKA的激活。cAMP水平增高激活PKA，PKA又可能通过使某些特异的转录因子进行磷酸化，介导cAMP引起的基因表达（Montndny等，1986）。许多试验表明，PKA可使组蛋白磷酸化，磷酸化的组蛋白由于带电状态及构象的改变，与DNA结合松弛而分离，从而解除了组蛋白对这段基因的抑制，使转录得以进行。另有试验发现，在体外PKA可使非组蛋白磷酸化，磷酸化的酸性蛋白酸性增强，带有较多的负电荷，与带正电荷的组蛋白有较强的亲和力而相互结合，使组蛋白与DNA分离，解除组蛋白对DNA的阻抑而进行转录（易健华，1981；孙大业等，1997）。
      3．7 
      环腺苷酸对细胞增殖与分化的调节细胞的增殖与分化是细胞的两个基本特征。增殖包括细胞的生长、DNA复制和细胞分裂，是通过细胞周期来实现的。分化意味着细胞内的DNA通过转录生成InRNA，再进一步合成专一性的蛋白质（酶），最终导致细胞形态、结构、生化组成和功能等各种差异。细胞增殖与分化是一对既相联系又相矛盾的过程，cAMP在调节这对矛盾中起着重要的作用（
      Burgering等，1995
      ；Dumont等，1989）。cAMP对离体细胞有抑制细胞分裂、促进分化的作用。因此，凡能使细胞内cAMP含量升高的因素均能降低细胞的生长速度，抑制细胞的增殖，而促进细胞的分化。Miyasaki（1992）认为，cAMP对细胞增殖具有双重效应，即在GO或早G1期时对细胞增殖具有促进作用，而在晚G1期时则起抑制作用。
      另外，cAMP与肿瘤有一定的关系，正常细胞和肿瘤细胞中的cAMP含量是有差异的，在肿瘤细胞内cAMP一般低于正常细胞水平。
      4   环腺苷酸在畜牧业中的应用
         
      cAMP能提高动物的生产性能和改善畜产品品质。其作用机理为：cAMP作为激素的第二信使激活蛋白激酶，使代谢酶活性增强，从而加强体内蛋白的合成，增快动物的生长速度；诱导激素（如生长激素等）或酶的合成，促进机体的合成代谢。
      4．1 
      环腺苷酸在肉畜生产上的应用大量试验结果表明，cAMP对猪、羊、兔等生长性能和胭体品质影响一致，高水平cAMP能引起脂肪组织中HSL活化而使脂肪分解能力加强（Ecan等，1992）。同时cAMP还可减少胰岛素与脂肪细胞的结合（till和MillS，1990），以对抗胰岛素对体脂沉积的促进作用。杨在清等（1992）给猪皮下注射cAMP或氨茶碱（PDE抑制剂），结果不但改善了胭体组成，提高了瘦肉率、眼肌面积和后腿比，而且还使血中脂质含量和脂肪酶的活性升高。提示体脂降低和血脂升高可能与cAMP的作用使体内脂肪酶活性升高引起体脂动员有关，而体脂的大量分解利用有利于降低蛋白质的分解，从而加强蛋白质
      在体内的沉积（杨在清等，1992）。cAMP对幼龄家畜也有明显的促生长作用。高士争（1997）报道，给仔猪、羔羊和仔兔注射cAMP制备品和标准品制剂，有显著促生长作用。李自新等（1993）对肉用仔兔注射cAMP有明显的增重效果，但随着使用时间的延长其效果有所下降。另外，cAMP能显著提高羊的产毛量和毛纤维长度，改变羊毛中各种氨基酸的含量（Black等，1979）。

      4．2   环腺苷酸在奶富生产上的应用 
      人们通过对大鼠、小鼠、豚鼠、兔和奶畜（奶牛、奶羊）等动物乳腺和乳中cAMP的研究，发现cAMP在泌乳生理过程中起着重要作用。王秋芳等（1993）报道了不同泌乳阶段山羊乳中环腺奇酸的变化，分娩前波动木大，分娩后急剧升高；泌乳维持期，分娩后15d乳中cAMP浓度一直维持在较高水平；在泌乳高峰期，cAMP有所升高；泌乳减退期，停止挤奶前1个月左右羊只妊娠，产乳量显著下降，乳中cAMP大幅度下降。他们认为cAMP主要促进乳汁分泌，cGMP主要促进乳汁生成，二者呈一种消长变化。孙延鸣等（2002）报道，在一定浓度范围内，cAMP对体外培养的山羊乳腺上皮细胞增殖有促进作用，并呈剂量依赖性，但cAMP浓度过高时则有抑制作用。cAMP是如何调控乳腺细胞中生乳、泌乳活动的，目前尚不十分清楚。

      4．3   环腺苷酸在家禽生产中的应用 
      外源性cAMP可显著促进艾维茵肉仔鸡生长，提高胸肌率、腿肌率，降低腹脂率，而且随着剂量的增加而增大（张富梅等，2001）。环腺苷酸还对肉鸡代谢有影响，可降低肉中的脂肪沉积，促进蛋白质积累，对肝脏组织也有类似的效果（张富梅等，2000）。cAMP对禽类脂肪代谢的作用和哺乳类动物有所不同。cAMP能促使哺乳类动物的激素敏感脂酶（HSL）活性升高，促进机体脂肪分解和血脂含量升高，从而降低肉中的脂肪沉积，改善胭体品质，而在家禽中胰高血糖素才是主要的脂解激素。牛淑玲等（1998）研究表明，外源性环腺苷酸对肉鸡体内的GH的分泌、代谢有一定的促进作用，并在试验组生长明显快于对照组的情况下，死亡率却低于对照组，这可能与cAMP对肉鸡心血管系统具有调节作用有关，另一方面与血清中蛋白质含量显著高于对照组，尤其是球蛋白增加有关。cAMP还可显著提高蛋鸡的产蛋性能，改善蛋壳的品质（牛淑玲等，2000）。

      5  应用中存在的问题与应用前景展望
      目前有关cAMP适宜用量的系统研究比较少，而且有关cAMP的研究大多数采用注射的方法，这无疑给大规模的推广应用带来了困难。另外，对于外源性cAMP确切作用机理及对内源性cAMP有何影响等问题有待于进一步研究。虽然存在以上问题，但作为促动物生长的调节剂，cAMP具有来源广、提取和制备方便等优点。另外，由于人们担心激素类物质在畜产品中残留而引起人们生理生化的异常，目前已被禁用，而选用激素的第二信使来发挥激素的效应，既可以提高动物生产性能和改善畜产品品质，又无任何不良效应，cAMP在畜牧生产中的应用具有良好的前景。