毛发作为哺乳动物皮肤的衍生物,由位于皮肤真皮乳头层的毛囊(hair follicle,HF)产生,是毛用动物的重要经济性状之一,其产量和质量直接影响着养殖户的经济效益。HF生长周期可分为生长阶段、衰退阶段和休止阶段,这种周期性生长对毛纤维的发生、生长、脱落及再生具有关键作用[1]。动物被毛的生长受多种复杂的信号通路调控,主要有Wnt/β-连环蛋白(β-catenin)、Notch、转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)/骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)、磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(Akt)、音猬因子(sonic hedgehog,Shh)及单磷酸腺苷活化蛋白激酶(adenosine monophosphate activated protein kinase,AMPK)/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)等信号通路。研究表明,有多种营养物质与HF生长发育密切相关,本文对影响动物毛发生长的主要营养因素进行总结,具体包括含硫氨基酸、脂质、维生素、微量元素、益生菌、酶及菌酶制剂、天然植物提取物等,通过概述分析这些物质对被毛密度和产毛量的影响及调控机制,以期为在实际生产中提高毛用养殖动物的产毛性能提供参考。
1 含硫氨基酸
毛纤维的主要化学组成是角蛋白,而角蛋白中含硫氨基酸所占比重较大,因此含硫氨基酸在决定动物毛发的生长和品质中起着重要作用。半胱氨酸(cysteine,Cys)、蛋氨酸(methionine,Met)和胱氨酸(cystine)是参与绒毛发育的关键含硫氨基酸。研究证实,这3种含硫氨基酸能提高动物毛发生长,改善毛发品质[2-3]。细胞试验证实,混合添加Cys和Met可以显著影响燕山绒山羊毛乳头细胞(dermal papilla cells,DPCs)的增殖,并通过调控增殖、凋亡及角蛋白相关基因的表达促进次级毛囊(secondary hair follicle,SHF)的生长[4]。进一步分析发现,Cys和Met与AMPK/mTOR信号通路密切相关,可以显著提高绒山羊皮肤成纤维细胞中BMP4、TGF-β和mTOR等基因的表达量[5]。吴振宇[6]研究发现,Met可能通过Wnt/β-catenin信号通路调控HF的生长发育。由此可知,上述含硫氨基酸可能通过调控AMPK/mTOR和Wnt/β-catenin等信号通路上的相关基因,影响角蛋白的表达,进而促进毛发的生长。
此外,牛磺酸(taurine,Tau)成为近期研究的一种新型的可促进毛发生长与再生的热门物质,它是由Met和Cys代谢产生的天然含硫β-氨基酸。研究发现,饲粮中添加0.2% Tau可提高长毛兔的产毛量[7],且Tau同Cys和Met一起,在维持狗和猫毛发的正常结构和健康方面起到重要作用,可能机制是通过抵抗TGF-β1对毛发生长的抑制作用,促进毛发生长并提高产毛量[8-9]。Zhou等[10]研究发现,内皮释放真皮感应的内皮素1(endothelin 1,EDN1)可激活Tau代谢,诱导头发的再生;而真皮发射内皮细胞接收到的心肌营养素1(cardiotrophin 1,CTF1)信号,可增强α-亚麻酸代谢促进血管生成,进而有利于毛发生长。但是,目前关于Tau对动物毛发的调控机制还有待提进一步挖掘。
2 脂质
脂肪酸、磷脂和甘油酯等脂质类物质不仅构成了毛发结构的基础,还能调节毛发生长周期,促进其生长并提高HF密度。研究表明,omega-3和omega-6多不饱和脂肪酸可以通过调节HF相关基因的表达,改善毛发脱落,影响毛发生长,提高动物毛发的质量[11-12]。二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸会影响血液和毛发中脂肪酸的含量,显著改善皮肤及毛发质量[13]。Dudonné等[14]研究发现,含有鞘脂和二乳糖基甘油二酯的小麦极性脂质复合物,可通过降低休止期毛发密度,同时提高生长期毛发密度,刺激毛发的生长和再生。Barani等[15]研究发现,卵磷脂处理可将羊毛纤维β-折叠转变为α-螺旋,提高羊毛硬度及其形态的稳定性。龚高[16]在绒山羊不同被毛类型的差异脂质化合物中鉴定出8个差异甘油三酯,说明甘油酯类对毛发生长和代谢有重要作用,并影响毛发的形态结构。
3 维生素
3.1 维生素A
维生素A在动物皮肤、毛发和皮脂腺的发育和维持中起着重要作用。岳正凯[19]研究发现,在獭兔基础饲粮中额外添加12 000 IU/kg维生素A显著提高毛品质和产毛量,这与维生素A可通过miR-195/胰岛素样生长因子-1(insulin-like growth factor-1,IGF-1)和Wnt10b/β-catenin等信号途径,调节热应激状态下DPCs的发育有关。南韦肖[20]研究发现,过量维生素A(1 280 000 IU/kg)通过抑制TGF-β2/Smad2途径,抑制DPCs增殖并诱导其凋亡,导致水貂HF生长期缩短。这表明维生素A具有剂量依懒性,在一定程度上提供有益的效果。视黄酸(retinoic acid,RA)和全反式视黄酸(all-trans retinoic acid,ATRA)是维生素A的主要活性形式。研究发现,RA可以诱导HFSC分化,ATRA在HF的生长分化和维持中发挥着重要作用[21-22]。Tierney等[23]进一步研究证实,ATRA能够平衡HFSC在应对皮肤损伤和毛发再生方面的作用,并与BMP和Wnt等信号分子相互作用,决定HFSC是维持静息状态还是积极参与毛发再生。因此,在深入探究维生素A对毛发的影响时,不能局限于其添加剂量的多少,同时也要考虑到维生素A在体内发挥作用的主要活性形式及作用机制。只有这样,才能够全面理解维生素A对毛发生长的潜在益处,并制定出更有效的应用方案以促进毛发的生长。
3.2 B族维生素
B族维生素包含多种维生素,其中维生素B6、生物素(维生素B7)、叶酸(维生素B9)和维生素B12等与毛发生长有关。维生素B6包含一系列在生物体内起着关键作用的化学分子,如吡哆醛、吡哆醇及其磷酸盐形态的衍生物,是多种蛋白质和酶的辅助因子。Liu等[24]研究发现,吡哆醇显著影响獭兔皮肤组织和DPCs中Wnt、BMP、Notch和PI3K/Akt信号通路的基因表达,促进β-catenin和Akt的磷酸化、抑制糖原合成酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β,GSK-3β)的磷酸化,使HF生长期延长,提高被毛密度。生物素是一种水溶性含硫维生素,可能在毛发周期中充当辅助因子。Yelich等[25]研究发现,生物素可以改善头发生长或质量,减少脱发现象。叶酸是核酸合成和氨基酸代谢过程中的辅酶。维生素B12是甲硫氨酸合成的辅酶因子,影响包括DNA、RNA和蛋白质在内的近100种底物的合成。叶酸和维生素B12在核酸产生中的作用表明,它们可能在高度增殖的HF中发挥作用[26]。由此可见,多种B族维生素对于调控动物毛发生长的具有显著的功效。通过在饲粮中合理添加这些B族维生素,对于提升动物毛发生长和质量具有重要意义。
3.3 维生素D
维生素D具有良好的抗炎和免疫调控功能,是一种在表皮角质形成细胞中合成的脂溶性维生素。因此,维生素D对角质形成细胞分化和增殖也具有重要调控功能[27]。Seleit等[28]研究发现,维生素D受体在HF角质形成细胞和真皮细胞中显著表达,在毛发生长和周期调节中具有重要作用,它们的缺失与毛发生长受损导致脱发有关。维生素D与非瘢痕性脱发,如休止期脱发、雄激素性脱发和斑秃等存在负相关关系[29]。Ali等[30]通过对25例斑秃患者治疗发现,外用维生素D3是安全、有效且有前景的局部斑秃治疗的选择。吴晓静[31]在饲粮添加1 400~2 100 IU/kg维生素D可通过提高IGF-1、Wnt10b、β-catenin等生长发育相关基因的表达,促进SHF的增殖分化,提高獭兔的HF密度,改善皮毛质量。这些研究证明,维生素D在毛发生长中扮演不可或缺的角色,它能与角质形成细胞或真皮细胞中的受体结合,且可能通过Wnt/β-catenin信号通路调控HF生长相关基因的表达,调控并促进毛发的生长。
4 微量元素
许多微量元素参与毛发的生长发育,如铁、硒、铜和锌等是维持毛发生长和存活的关键元素。一种含有铁和硒的口服补充剂被证明可以改善头发生长,提高特定抗脱发治疗的临床疗效[32]。李冬[33]研究发现,饲粮中添加5 mg/kg铜可通过调节Wnt10b、mTOR和Kap6.1基因表达促进HF发育,提高SHF密度,进而提高产毛量,降低料毛比,改善安哥拉兔的产毛性能。李凡[34]研究发现,饲粮中添加30 mg/kg铜能够提高獭兔HF密度,这可能与铜激活AMPK/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1(mammalian target of rapamycin complex 1,mTORC1)轴促进SHF的生长有关。锌可以通过调节鹅HF生长发育过程中IGF-1和表皮生长因子(epidermal growth factor,EFG)等相关基因的表达,催化HF生长,从而调控羽绒的生长发育[35]。崔虎[36]在水貂饲粮中添加900 mg/kg果胶寡糖螯合锌可通过调控脂质代谢,显著改善毛皮密度及色泽度,提升冬毛期水貂毛皮品质。综上所述,微量元素对毛发生长的调控作用可能与Wnt/β-catenin、AMPK/mTOR等信号通路有关。
5 益生菌
益生菌在调节皮肤微生态、改善皮肤健康及促进动物毛发生长中起着关键作用。Yin等[37]研究发现,益生菌可通过调节免疫途径和肠-毛轴来影响毛发生长。植物乳杆菌CECT30102、植物乳杆菌CECT30103和戊糖乳杆菌CECT30104对改善HF和减少脱落期的毛发数量具有特异性作用[38]。Park等[39]分离出的益生菌Cheonggukjang能够促进毛发生长和逆转脱发,改善脱发患者的毛发数量和粗细程度。研究表明,曲乳杆菌LB-P9、副干酪乳杆菌GMNL-653、植物乳杆菌L30和双歧杆菌070310可通过刺激生长因子的分泌,如血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、IGF-1和角质细胞生长因子(keratinocyte growth factor,KGF)等,修复受损DPCs并促进其增殖,调控皮肤微生态,促使毛发生长增加[40⇓-42]。研究发现,副干酪乳酪杆菌CCFM1349和植物乳植杆菌CCFM1351均可通过调控Wnt/β-catenin通路,抑制细胞凋亡,并促进生长因子VEGF、IGF-1的表达和毛发生长,而且后者可以与侧伯叶对毛发生长的调控具有协同作用[43-44]。因此,益生菌同其他营养物质的联合作用在促进毛发生长方面具有良好的应用前景。
6 酶及菌酶制剂
随着研究的不断深化,酶与菌酶的联合应用成效越来越受到重视。米诺地尔磺基转移酶家族1A1(sulfotransferase 1A1,SULT1A1)可显著改善米诺地尔对于毛发再生的产生的负面反应[45]。Dhurat等[46]报道了一种外用酶佐剂,可增加HF中SULT1A1的活性,改善毛发再生。Mehta等[47]报道,7种天然植物提取物中存在SULT1A1,这提供了一种潜在的能够增加米诺地尔对毛发生长影响的天然补充剂。彭欣欣等[48]研究发现,氧化铈(CeO2)纳米酶可以通过抗氧化应激清除活性氧,促进环磷酰胺所致斑秃小鼠毛发生长。邢蕾等[49]在贵宾幼犬饲粮中添加氨基酸锌和复合酶制剂,主要含淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶、木聚糖酶和β-葡聚糖酶发现,单独或同时添加都可以改善被毛品质。郑建婷等[50]在饲粮中添加各200 mg/kg枯草芽孢杆菌和复合酶制剂发现,獭兔被毛密度和皮张厚度显著提高。近年来,在毛发这一领域,科学家们也开始投入更多的精力来研究菌和酶制剂如何协同作用,以促进毛发的健康生长和修复,提高毛发质量。
7 天然植物提取物
天然植物提取物中含有多种天然激素和生长因子,可以促进动物毛发的生长发育。当归多糖和佛手多糖影响皮肤中VEGF及血清中干扰素-γ(interferon-γ,IFN-γ)、双氢睾酮(double hydrogen testosterone,DHT)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor,TNF-α)含量,促进脱发模型小鼠的毛发生长,且可能与降低炎症反应有关[51]。饲粮中添加300 mg/kg甘草提取物可以显著提高乌苏里貂皮长及皮长,并且皮板评分也有提高趋势[52]。韩国红参提取物具有抗凋亡活性,通过调节线粒体凋亡通路基因的表达来防止HF过早进入退行期[53]。猪笼草乙醇提取物对HF真皮细胞具有增殖作用,能够抑制细胞死亡,对毛皮比和毛发厚度有积极影响[54]。丹参提取物通过在HF休止期促进β-catenin的表达进而促进HF细胞的增殖,具有促进毛发生长、防止毛发退化和诱导毛发生长期提前的潜力[55]。山姜素通过Wnt/β-catenin信号通路激活HFSC增殖,促进HF进入生长期,以达到毛发再生的作用[56]。潘福竺等[57]研究发现,何首乌炆制可以通过激活Wnt/β-catenin信号通路治疗小鼠雄激素性脱发。由此看见,天然植物提取物在促进毛发生长和品质中展现出很大的潜力,且很可能与Wnt/β-catenin信号通路密切相关,具体调控机制还有待进一步验证。
8 小结
随着人们生活水平的提高,消费者对纺织产品的品质提出了更高的要求。因此,如何改善动物毛发性能、提升毛发品质、提高产毛量,已成为当前研究的重点。动物毛发的生长受多种营养因素的调控,如含硫氨基酸、脂质、维生素、微量元素、益生菌、酶及菌酶制剂、天然植物提取物等。通过合理添加或调整这些营养要素,深入探索其对毛发生长的调控机理,将有助于改善动物毛发的生产效率和品质,提高经济效益。近年来,以微生态制剂和天然植物提取物为代表的、绿色环保的新型营养因素,在动物毛发生长中表现出较好的效果,具有良好的发展前景。
京公网安备 11010802041926号