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在奶牛围产期补充NCG可改善中性粒细胞的功能并减少奶牛的炎症和氧化应激

发布时间:2023-04-18 关注:2521


浙江大学的刘建新教授团队于Journal of Dairy Science杂志上发表了一篇名为《在奶牛围产期补充 N-氨基甲酰谷氨酸可改善中性粒细胞的功能并减少奶牛的炎症和氧化应激》的文章,通过分析饲喂或不饲喂NCG的围产期奶牛PMN中功能基因的表达以及炎症和氧化应激的生物标志物,探讨NCG对PMN功能、炎症和氧化应激的影响。

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图片源自pexels

研究背景

处于围产期的奶牛其感染性疾病的发病率会明显增加,中性粒细胞(PMN)功能受损被认为是导致围产期奶牛发病率升高的因素之一。PMN是抵御入侵病原体的第 一道防线,尤其是引起炎症(如乳腺炎)的病原体。此外,代谢紊乱引起的炎症反应是导致围产期奶牛出现氧化应激(ROS)的关键因素之一。围产期奶牛从非泌乳期转变为泌乳期时会经历代谢和生理变化,这通常会导致氧化应激的发展。越来越多的证据表明,严重的氧化应激会降低产奶量,并在多种病理过程中发挥作用。因此,围产期奶牛高氧化应激和炎症,可以通过改善PMN功能来得到缓解。现已有研究表明可以通过补充营养物质来改变PMN功能,进而改善围产期奶牛的健康状况,例如:改善微量元素铜、锌和锰等的吸收,能增强PMN杀菌等功能;补充蛋氨酸对血液中PMN的吞噬作用产生积极影响。因此,营养策略是改善PMN功能的有效途径。精氨酸(Arg)是奶牛的另一种必需的功能性氨基酸,在免疫功能中发挥着重要作用。Savoini等人在1984年时,发现牛PMN中的防御素富含半胱氨酸和Arg,并对许多革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、厌氧菌以及真菌和病毒具有杀菌活性。近来有研究表明,在泌乳早期奶牛中,PMN对Arg的利用率高。N-氨基甲酰谷氨酸 (NCG) 是N-乙酰谷氨酸的结构类似物,是反刍动物的Arg增强物。饲粮中添加NCG,可提高泌乳早期奶牛和泌乳中期奶牛的产奶量和血液Arg浓度,表明NCG在提高动物生产性能方面发挥了有益作用。然而,关于NCG是否以及如何调节动物健康的研究数据还相对缺乏,尤其是在围产期对奶牛的炎症和氧化应激的作用还不明确。

研究方法

实验选用30头经产中国荷斯坦奶牛,在分娩前第4周,按胎次和体重分成2组,并随机分配到2个基础日粮处理组中[无额外添加(CON,n=15)或20 g/d NCG (NCG, n=15)]。以分娩为基准,从产犊前21天到产犊后21天补饲。在产后阶段,根据兽医的诊断,记录疾病的发生率,包括乳腺炎、胎盘滞留和跛行。以产犊日为参照,在分娩的第-21天、-7天、0天(产犊日期)、7天和21天收集血样,使用自动血细胞分析仪,分析与炎症和氧化应激相关的变量,包括总白细胞、淋巴细胞、单核细胞和PMN的数量与百分比。在产后第7天采集全血以分离PMN,用于分析功能基因的表达,并在第-21 天至第21 天测定每周血液学参数。以-20天为协变量,使用SPSS软件和SAS 软件,对实验数据进行统计,分析NCG对PMN功能、炎症和氧化应激的影响。

研究内容

1、血液学特征和疾病发病率

血液学数据见表1。在整个实验过程中,饲喂NCG的奶牛血液中的淋巴细胞数量均高于对照组(P=0.04)。在单核细胞数量方面,实验组与对照组之间存在显著的交互作用(P=0.04),在第7天,NCG组奶牛血液的单核细胞数量高于CON组奶牛(P<0.05)。另外,与CON组相比,NCG组乳腺炎发生率有降低趋势(P=0.06),但两组间胎盘滞留、跛行情况无显著差异。

表1 围产期不添加(CON组)或NCG处理组的奶牛全血白细胞谱

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2、炎症和氧化应激

炎症反应和氧化应激的结果见表2。实验中,血清淀粉样蛋白A(SAA)的治疗与天数之间存在显著交互作用(P=0.03),TNF-α (P=0.08)和IL6 (P=0.07)有变化趋势。在第0天(P<0.05)和第21天(P<0.05),饲喂NCG奶牛的血液SAA浓度低于对照奶牛,并在第7天趋于降低(P=0.07;图 1)。添加NCG后 IL6 浓度在第7天下降(P<0.05),在第21天趋于下降(P=0.06),而 NCG组的TNF-α浓度在第7天趋于降低(P=0.07)。

表2 围产期CON组或NCG处理组的奶牛血浆炎症反应和氧化应激情况

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注:SAA:血清淀粉样蛋白A;TNF-α:肿瘤坏死因子;SOD:超氧化物歧化酶;MDA:丙二醛;ROS:活性氧;GSH-PX:谷胱甘肽过氧化物酶;T-AOC:总抗氧化能力。

NCG 组的MDA血浆浓度较低(P<0.01),而T-AOC有升高趋势(P=0.08)。未观察到NCG处理对ROS的作用,但其与天数有显著交互作用(P=0.04)。观察到NCG处理对GSH-Px表达有促进作用(P=0.06)表2。与CON组奶牛相比,NCG 奶牛在第7天的ROS含量较低(P<0.05),并且在第 21 天,NCG组奶牛的GSH-Px浓度有高于CON组奶牛的趋势(P=0.10 )图1。

图1.炎症和氧化应激的生物标志物随治疗×时间的变化

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3、PMN的基因表达

PMN中功能基因的表达情况见表3。编码Arg和葡萄糖转运蛋白的基因(SLC6A14、SLC7A1、SLC7A6、SLC7A7、SLC7A9和SLC2A1)和参与细胞凋亡和存活的基因(FAS、CASP9、CASP2和BAK1) 的表达不受NCG添加的影响。与对照组相比,NCG组奶牛S100A9和MMP9 的mRNA水平降低(P=0.05)。NCG组奶牛中ITGB2 (P=0.08)、XBP1 (P=0.06)和CLEC6A (P=0.03)表达量更高。

表3 围产期CON组或NCG处理组的奶牛产后7 d血液PMN功能基因的mRNA丰度

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总结

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图2. 在围产期,关于N-氨基甲酰谷氨酸(NCG)的补充如何改善奶牛的动物健康的工作假设示意图。

从产前阶段开始给奶牛饲喂NCG,对动物健康有益,并能减少炎症和氧化应激。这些变化可能归因于免疫力的提高,其依据是NCG组奶牛血液中淋巴细胞数量的增加和PMN潜在功能的改善。本研究结果表明,在围产期使用NCG添加剂,有助于改善奶牛的免疫功能并减少氧化应激和炎症。

参考文献:Gu, F F., Jiang, L Y., Wang, D M., Zhao, F Q.,  & Liu, J X.. (2022). Supplementation with N-carbamoylglutamate during the transition period improves the function of neutrophils and reduces inflammation and oxidative stress in dairy cows. Journal of dairy science.

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