羊熱應激研究進展

何向東，蘇志強

（1.巴中市南江黃羊科學研究所 636600；2.南江縣金銀花產業發展中心 636600）

長期高溫和過度溫暖的天氣會給動物造成嚴重的熱應激，直接或間接地影響動物的生理﹑生產和健康狀況等，具體表現有呼吸急促﹑呼吸加快﹑心率升高﹑直腸溫度升高﹑體內氧化代謝增加﹑水電解質紊亂等生理特征[1-3]。熱應激可導致攝食量減少﹑體重減輕，在生殖方面還可導致生育能力下降[4-6]，同時導致免疫力和抗病能力下降[7]。可見熱應激對養羊業的經濟效益有重大影響。

1 羊熱應激指標

呼吸頻率增加到40次以上/min，即喘息，羊通過呼出水蒸氣，促進熱量的散失[8-9]。因此，呼吸速率可以用來評估熱應激水平： 呼吸速率少于40次/min，表明沒有應激；呼吸速率40～60次/min，熱應激較小；呼吸速率61～80次/min，中等到高強度熱應激；呼吸速率81～120次/min表明熱應激大；121～192次/min說明熱應激很大[10-11]。因此，可以看出動物的熱應激可由呼吸頻率來確定，方法簡單。

直腸溫度也可以作為綿羊熱應激的一個指標[12]，一般來說，由于長時間暴露在夏季應激而導致的體溫升高一般會體現在直腸溫度的升高上，而且已經確定直腸溫度可以代表羊體溫。因此，直腸溫度的升高可以體現綿羊的熱應激水平[13]。

2 羊熱應激分子作用機制

全球氣溫的普遍上升意味著熱應激已經成為綿羊日益嚴重的問題。這對綿羊的生理功能﹑數量和健康都有直接和間接的影響。羊一般生活在高溫環境中；然而，在綿羊熱應激反應中發揮調節作用的基因和途徑尚不清楚。因此，應用RNA-Seq技術對熱應激組和對照組綿羊的肝臟組織進行分析，篩選與綿羊熱應激相關的基因和信號通路，在熱應激下，動物需要進行一系列非特異性反應來維持體內平衡。對熱應激組和對照組綿羊差異表達基因的功能富集分析顯示，應激相關通路的Rap1﹑MAPK﹑PI3K-Akt等基因顯著富集。當熱應激發生時，Rap1作為一個分子開關被廣泛的外部刺激所調節[14]。MAPK是哺乳動物的主要信號通路之一，也可被外界刺激激活，但MAPK信號通路的活性是由多個細胞中的Rap1刺激所產生[15-16]。同樣，PI3K-Akt通路可被多種細胞類型的外部刺激激活，并可與MAPK信號通路發生級聯反應[17-18]，為耐熱綿羊的選育和生產提供了理論基礎。因此，這些與應激相關的信號通路可以形成復雜的級聯反應，對熱應激進行調節，以便減少熱應激帶來的傷害。

暴露在太陽輻射下的綿羊與受到太陽輻射保護下綿羊相比，呼吸頻率和直腸溫度都有所提高。此外，直接暴露于太陽輻射的綿羊表現出更多的不活躍行為，并表現出高的非酯化脂肪酸血漿濃度[19]。夏季高溫中綿羊為試驗組，與對照組的綿羊相比，血液中的尿酸﹑肌酐﹑鈉和鉀的濃度升高，然而，葡萄糖﹑膽固醇﹑鈣和無機磷的濃度卻降低[20]。

N6-甲基腺苷（N6-methyladenosine，m6A）修飾是動物中最常見的RNA修飾之一，m6A mRNA修飾可以通過調節肝臟脂肪代謝來應對熱應激，為進一步揭示熱應激的生物學機制提供候選基因[21]。選用5月齡健康的純種湖羊（公）36只；選取18只羊作為熱應激組（2017年3月出生），18只羊作為無熱應激組（2017年8月出生）。兩組的羊喂食相同的飼料，自由飲水。通過功能富集分析發現m6A修飾的差異基因與應激反應﹑脂肪代謝等信號通路顯著相關。由此可見，m6A mRNA修飾可以通過調節肝臟脂肪代謝來調控熱應激。被鑒定的基因為進一步揭示熱應激的生物學機制提供候選基因[22]。

在胚胎生命的早期階段，與熱中性溫度（18℃～20℃，30%濕度）相比，暴露在溫暖溫度（30℃～40℃，40%濕度）中，總細胞數量和胎盤大小大大減少，細胞大小僅輕微減少，經分子生物學方法檢測研究發現，這是由于RNA與DNA的比例確定，在溫暖的環境條件下，胎盤的蛋白質合成能力降低，即胎兒和胎盤的重量和總蛋白質含量降低，溫暖條件下母羊的DNA濃度略高于熱中性條件。然而，胎盤蛋白和RNA濃度卻相似[23]。由于滋養層細胞發育受損（特別是滋養層細胞遷移），慢性熱暴露降低了胎盤循環中的激素濃度。在胎盤生長期間熱暴露的影響大到足以限制早期胎兒發育，甚至在最大胎兒生長階段之前[24]。然而，Soto等人[25]研究發現，熱應激對繁殖效率的主要影響是在懷孕的前17d，使用遮陰有利于提高羊群的懷孕率。熱應激試驗組與對照組湖羊相比，熱應激前后差異表達的新基因中信號通路，主要包括氧化磷酸化﹑MAPK信號通路，鈣信號通路等，阻斷細胞生長和引發凋亡，最終調控動物繁殖力[26]。

在35℃時，熱應激公羊的瘤胃體積和瘤胃溫度顯著升高，瘤胃緩沖能力﹑原蟲數量﹑總揮發性脂肪酸濃度和氨氮濃度顯著降低，pH不受影響[27]。

3 熱應激對羊日糧影響

熱應激降低了日糧干物質﹑粗蛋白質﹑粗脂肪和能量的消化率，但不影響日糧粗纖維的消化率。在75%粗料水平下，消化率的降低最為嚴重，添加脂肪卻可以緩解消化率的降低。高溫對日糧代謝能也有抑制作用，對75%粗料日糧代謝能的抑制作用最大。75%粗料組羔羊胸內和皮下溫度高于25%粗料組，且該趨勢在高溫環境下增強。熱應激后各組血清蛋白組分無明顯變化（P>0.05），血糖濃度顯著升高（P<0.05）[28]。

在不改變粗飼料消耗的情況下，室內溫度保持35℃時，公羊的精料攝入量減少了約13%[29]。春季期間，薩福克羊在高溫條件下與遮陰條件下相比，日采食量和飼料轉化率也顯著降低[30]。

4 小結

分子生物學技術的進步，如基因組學和蛋白質組學技術，為探討羊對熱應激的調控提供了重要思路，發掘出與羊耐熱性相關的各種生物信息。為接下來進一步培育出耐熱性強的羊品種，從分子遺傳學角度解決羊熱應激問題，達到提高育種選擇耐熱性的精確度和效率。