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在奶牛圍產(chǎn)期補充NCG可改善中性粒細胞的功能并減少奶牛的炎癥和氧化應(yīng)激
更新時間：2023-04-18 關(guān)注：3497
浙江大學(xué)的劉建新教授團隊于Journal of Dairy Science雜志上發(fā)表了一篇名為《在奶牛圍產(chǎn)期補充 N-氨基甲酰谷氨酸可改善中性粒細胞的功能并減少奶牛的炎癥和氧化應(yīng)激》的文章，通過分析飼喂或不飼喂NCG的圍產(chǎn)期奶牛PMN中功能基因的表達以及炎癥和氧化應(yīng)激的生物標(biāo)志物，探討NCG對PMN功能、炎癥和氧化應(yīng)激的影響。
圖片源自pexels
研究背景
處于圍產(chǎn)期的奶牛其感染性疾病的發(fā)病率會明顯增加，中性粒細胞（PMN）功能受損被認為是導(dǎo)致圍產(chǎn)期奶牛發(fā)病率升高的因素之一。PMN是抵御入侵病原體的第 一道防線，尤其是引起炎癥（如乳腺炎）的病原體。此外，代謝紊亂引起的炎癥反應(yīng)是導(dǎo)致圍產(chǎn)期奶牛出現(xiàn)氧化應(yīng)激（ROS）的關(guān)鍵因素之一。圍產(chǎn)期奶牛從非泌乳期轉(zhuǎn)變?yōu)槊谌槠跁r會經(jīng)歷代謝和生理變化，這通常會導(dǎo)致氧化應(yīng)激的發(fā)展。越來越多的證據(jù)表明，嚴重的氧化應(yīng)激會降低產(chǎn)奶量，并在多種病理過程中發(fā)揮作用。因此，圍產(chǎn)期奶牛高氧化應(yīng)激和炎癥，可以通過改善PMN功能來得到緩解?，F(xiàn)已有研究表明可以通過補充營養(yǎng)物質(zhì)來改變PMN功能，進而改善圍產(chǎn)期奶牛的健康狀況，例如：改善微量元素銅、鋅和錳等的吸收，能增強PMN殺菌等功能；補充蛋氨酸對血液中PMN的吞噬作用產(chǎn)生積極影響。因此，營養(yǎng)策略是改善PMN功能的有效途徑。精氨酸（Arg）是奶牛的另一種必需的功能性氨基酸，在免疫功能中發(fā)揮著重要作用。Savoini等人在1984年時，發(fā)現(xiàn)牛PMN中的防御素富含半胱氨酸和Arg，并對許多革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、厭氧菌以及真菌和病毒具有殺菌活性。近來有研究表明，在泌乳早期奶牛中，PMN對Arg的利用率高。N-氨基甲酰谷氨酸 (NCG) 是N-乙酰谷氨酸的結(jié)構(gòu)類似物，是反芻動物的Arg增強物。飼糧中添加NCG，可提高泌乳早期奶牛和泌乳中期奶牛的產(chǎn)奶量和血液Arg濃度，表明NCG在提高動物生產(chǎn)性能方面發(fā)揮了有益作用。然而，關(guān)于NCG是否以及如何調(diào)節(jié)動物健康的研究數(shù)據(jù)還相對缺乏，尤其是在圍產(chǎn)期對奶牛的炎癥和氧化應(yīng)激的作用還不明確。
研究方法
實驗選用30頭經(jīng)產(chǎn)中國荷斯坦奶牛，在分娩前第4周，按胎次和體重分成2組，并隨機分配到2個基礎(chǔ)日糧處理組中[無額外添加（CON，n=15）或20 g/d NCG (NCG, n=15)]。以分娩為基準(zhǔn)，從產(chǎn)犢前21天到產(chǎn)犢后21天補飼。在產(chǎn)后階段，根據(jù)獸醫(yī)的診斷，記錄疾病的發(fā)生率，包括乳腺炎、胎盤滯留和跛行。以產(chǎn)犢日為參照，在分娩的第-21天、-7天、0天（產(chǎn)犢日期）、7天和21天收集血樣，使用自動血細胞分析儀，分析與炎癥和氧化應(yīng)激相關(guān)的變量，包括總白細胞、淋巴細胞、單核細胞和PMN的數(shù)量與百分比。在產(chǎn)后第7天采集全血以分離PMN，用于分析功能基因的表達，并在第-21 天至第21 天測定每周血液學(xué)參數(shù)。以-20天為協(xié)變量，使用SPSS軟件和SAS 軟件，對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，分析NCG對PMN功能、炎癥和氧化應(yīng)激的影響。
研究內(nèi)容
1、血液學(xué)特征和疾病發(fā)病率
血液學(xué)數(shù)據(jù)見表1。在整個實驗過程中，飼喂NCG的奶牛血液中的淋巴細胞數(shù)量均高于對照組（P=0.04）。在單核細胞數(shù)量方面，實驗組與對照組之間存在顯著的交互作用(P=0.04)，在第7天，NCG組奶牛血液的單核細胞數(shù)量高于CON組奶牛（P<0.05）。另外，與CON組相比，NCG組乳腺炎發(fā)生率有降低趨勢(P=0.06)，但兩組間胎盤滯留、跛行情況無顯著差異。
表1 圍產(chǎn)期不添加（CON組）或NCG處理組的奶牛全血白細胞譜
2、炎癥和氧化應(yīng)激
炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激的結(jié)果見表2。實驗中，血清淀粉樣蛋白A（SAA）的治療與天數(shù)之間存在顯著交互作用(P=0.03)，TNF-α (P=0.08)和IL6 (P=0.07)有變化趨勢。在第0天（P<0.05）和第21天（P<0.05），飼喂NCG奶牛的血液SAA濃度低于對照奶牛，并在第7天趨于降低（P=0.07；圖 1）。添加NCG后 IL6 濃度在第7天下降（P<0.05），在第21天趨于下降（P=0.06），而 NCG組的TNF-α濃度在第7天趨于降低（P=0.07)。
表2 圍產(chǎn)期CON組或NCG處理組的奶牛血漿炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激情況
注：SAA：血清淀粉樣蛋白A；TNF-α：腫瘤壞死因子；SOD：超氧化物歧化酶；MDA：丙二醛；ROS：活性氧；GSH-PX：谷胱甘肽過氧化物酶；T-AOC：總抗氧化能力。
NCG 組的MDA血漿濃度較低（P<0.01），而T-AOC有升高趨勢（P=0.08）。未觀察到NCG處理對ROS的作用，但其與天數(shù)有顯著交互作用(P=0.04)。觀察到NCG處理對GSH-Px表達有促進作用（P=0.06）表2。與CON組奶牛相比，NCG 奶牛在第7天的ROS含量較低（P<0.05），并且在第 21 天，NCG組奶牛的GSH-Px濃度有高于CON組奶牛的趨勢（P=0.10 ）圖1。
圖1.炎癥和氧化應(yīng)激的生物標(biāo)志物隨治療×?xí)r間的變化
3、PMN的基因表達
PMN中功能基因的表達情況見表3。編碼Arg和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白的基因（SLC6A14、SLC7A1、SLC7A6、SLC7A7、SLC7A9和SLC2A1）和參與細胞凋亡和存活的基因（FAS、CASP9、CASP2和BAK1) 的表達不受NCG添加的影響。與對照組相比，NCG組奶牛S100A9和MMP9 的mRNA水平降低(P=0.05)。NCG組奶牛中ITGB2 (P=0.08)、XBP1 (P=0.06)和CLEC6A (P=0.03)表達量更高。
表3 圍產(chǎn)期CON組或NCG處理組的奶牛產(chǎn)后7 d血液PMN功能基因的mRNA豐度
總結(jié)
圖2. 在圍產(chǎn)期，關(guān)于N-氨基甲酰谷氨酸（NCG）的補充如何改善奶牛的動物健康的工作假設(shè)示意圖。
從產(chǎn)前階段開始給奶牛飼喂NCG，對動物健康有益，并能減少炎癥和氧化應(yīng)激。這些變化可能歸因于免疫力的提高，其依據(jù)是NCG組奶牛血液中淋巴細胞數(shù)量的增加和PMN潛在功能的改善。本研究結(jié)果表明，在圍產(chǎn)期使用NCG添加劑，有助于改善奶牛的免疫功能并減少氧化應(yīng)激和炎癥。
參考文獻：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.