圍產(chǎn)期奶牛脂肪動(dòng)員與炎癥反應(yīng)之間的關(guān)系

■劉雙鳴劉敏躍李 鵬 龍 淼 張 燚何劍斌

（1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110866；2.遼寧省農(nóng)牧業(yè)機(jī)械研究所有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110036）

圍產(chǎn)期是指奶牛產(chǎn)前2～3周至產(chǎn)后2～3周這一時(shí)期，此期間奶牛各種疾病的發(fā)生率顯著升高，如產(chǎn)后癱瘓、胎衣不下、子宮炎、酮病、皺胃變位、跛行、臨床型乳房炎等[1]。圍產(chǎn)期奶牛干物質(zhì)采食量（DMI）明顯下降，而此時(shí)由于胎兒和泌乳的需要，機(jī)體對(duì)能量的需求增加，使得奶牛處于一個(gè)能量負(fù)平衡（NEB）階段。因此，此時(shí)奶牛為了適應(yīng)NEB，通過(guò)大量動(dòng)員體脂來(lái)滿足機(jī)體對(duì)能量的需求[2]。而代謝改變?nèi)缰緞?dòng)員等通常都伴隨著炎癥反應(yīng)以及免疫功能的變化。雖然已有報(bào)道顯示脂肪動(dòng)員和圍產(chǎn)期奶牛免疫功能障礙有關(guān)，但具體機(jī)制尚不清楚。

1 脂肪運(yùn)員

脂肪動(dòng)員是一種哺乳動(dòng)物在可利用能量減少的情況下獲得營(yíng)養(yǎng)來(lái)源的一種生理適應(yīng)反應(yīng)，是脂肪組織內(nèi)脂肪生成與脂類分解的失衡的現(xiàn)象。脂肪生成最初是甘油二酯的合成，隨后通過(guò)添加一個(gè)脂肪酸分子最終形成甘油三酯（TG）分子。脂肪組織中的脂解酶主要包括激素敏感脂肪酶、脂肪甘油三酯脂肪酶、單酰甘油脂肪酶等，主要負(fù)責(zé)啟動(dòng)TG分解成甘油和NEFA。在整個(gè)圍產(chǎn)期，脂肪分解受一系列激素水平變化的影響，包括血漿胰島素水平降低，脂肪和其他外周組織中胰島素敏感性受損，以及血漿生長(zhǎng)激素和糖皮質(zhì)激素改變等。

圍產(chǎn)期奶牛脂肪分解增加最終的結(jié)果是血漿游離脂肪酸濃度升高。事實(shí)上，血漿游離脂肪酸水平可通常作為評(píng)估圍產(chǎn)期奶牛NEB程度的標(biāo)準(zhǔn)。在泌乳后期和干奶期，NEFA平均小于0.2 mmol/l。NEFA水平開(kāi)始在分娩前2周內(nèi)增加，峰值通常在產(chǎn)后0～10 d出現(xiàn)，濃度高時(shí)可超過(guò)0.75 mmol/l[3]。如果奶牛發(fā)展形成酮病，NEFA濃度可超過(guò)1.0 mmol/l。與之相反，伴隨血液中NEFA濃度增加，其他血脂成分如磷脂（PL）和TG在分娩后的第1周內(nèi)濃度降低。干奶期血漿TG濃度通常為200 μM，而在分娩后的10 d內(nèi)通常下降至50 μM，而PL也由產(chǎn)前的200 μM下降至120 μM[4-5]。因此，圍產(chǎn)期脂肪分解增強(qiáng)不僅增加血漿游離脂肪酸濃度，也改變了脂肪酸血漿脂質(zhì)成分的比例。

2 NEFA的代謝

脂肪動(dòng)員產(chǎn)生的NEFA可以作為能量底物被不同組織細(xì)胞利用，諸如白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等。NEFA在通過(guò)不同機(jī)制轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后，有多種代謝途徑。如作為能量底物在線粒體發(fā)生β-氧化反應(yīng)，也可以在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器作為合成代謝的底物。當(dāng)用作能量底物時(shí)，脂肪酸首先要在脂酰輔酶A合成酶的催化下合成脂酰輔酶A[6]。研究表明，多種動(dòng)物的白細(xì)胞均可以表達(dá)不同亞型的脂酰輔酶A合成酶。人類單核細(xì)胞表達(dá)中鏈脂酰輔酶A合成酶和脂酰輔酶A結(jié)合蛋白。而小鼠淋巴細(xì)胞也能夠表達(dá)特定的脂酰輔酶A合成酶。同樣，內(nèi)皮細(xì)胞也可同時(shí)表達(dá)脂酰輔酶A合成酶和脂酰輔酶A結(jié)合蛋白，從而促進(jìn)NEFA的利用[7,8]。目前，圍產(chǎn)期奶牛代謝改變對(duì)其內(nèi)皮細(xì)胞和白細(xì)胞的脂酰輔酶A合成酶和結(jié)合蛋白表達(dá)的影響尚不清楚。

當(dāng)游離脂肪酸轉(zhuǎn)化為?；o酶A后，可借助于脂肪酸結(jié)合蛋白（FABP）的作用被運(yùn)送到特定的細(xì)胞器進(jìn)行代謝。白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞均表達(dá)有FABP的不同亞型。例如，單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞表達(dá)FABP3和FABP4，樹(shù)突狀細(xì)胞也可表達(dá)FABP3、FABP4，而淋巴細(xì)胞表達(dá)FABP5[9,10]。脂肪酸與特定的FABP結(jié)合，可以進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體進(jìn)行代謝，如合成磷脂等。脂肪酸也可以與細(xì)胞內(nèi)某些特殊的受體結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)某些基因的表達(dá)，如過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體（PPARs）等。PPARs及其配體（飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸和其他脂質(zhì)介質(zhì)）可以調(diào)節(jié)多種細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，包括內(nèi)皮細(xì)胞、單核細(xì)胞和脂肪細(xì)胞等。

3 NEFA對(duì)白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞功能的影響

圍產(chǎn)期內(nèi)奶牛脂肪動(dòng)員改變血漿游離脂肪酸濃度和成分。許多研究人員對(duì)脂肪動(dòng)員期間的奶牛白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞功能活動(dòng)的變化進(jìn)行了相應(yīng)研究。例如，Lacetera等[11]報(bào)道當(dāng)奶牛血漿游離脂肪酸濃度的升高時(shí)，其外周血單核細(xì)胞（PBMC）的DNA合成、IFN-γ分泌以及IgM合成均減少，同時(shí)中性粒細(xì)胞的功能和活力也受到影響，活性氧簇（ROS）的合成增加。血漿NEFA的含量和組成并不是影響白細(xì)胞的功能的唯一因素，NEFA的作用時(shí)間也起著關(guān)鍵作用。對(duì)人的研究表明，延長(zhǎng)高濃度NEFA的處理時(shí)間（超過(guò)24 h）可以顯著增強(qiáng)單核細(xì)胞炎性反應(yīng)，主要包括細(xì)胞表面表達(dá)的粘附分子β整合素等相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平的上調(diào)[12]。而這些變化可增強(qiáng)單核細(xì)胞對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的粘附能力，可能是導(dǎo)致人動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)鍵因素。

盡管近年來(lái)對(duì)奶牛圍產(chǎn)期脂肪動(dòng)員的研究取得了一些進(jìn)展，但鮮有關(guān)于脂類代謝與白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞功能變化之間聯(lián)系的報(bào)道。人類和嚙齒類動(dòng)物的研究表明，脂肪動(dòng)員可通過(guò)幾種不同途徑影響炎癥反應(yīng)狀態(tài)，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞和白細(xì)胞的功能改變。其直接作用方式主要是脂毒性，間接方式主要包括脂肪酸對(duì)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)的調(diào)節(jié)，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激等。

3.1 脂毒性

脂類在非脂肪細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中蓄積被定義為異常的脂肪沉積或脂肪變性。最常見(jiàn)的與脂肪變性相關(guān)的脂類代謝產(chǎn)物主要包括NEFA及其相應(yīng)的脂酰輔酶A、甘油二酯、甘油三酯等，而此過(guò)程在人類肝臟、骨骼肌、胰腺、心臟和血管組織均可發(fā)生。對(duì)奶牛而言，脂肪肝是脂肪變性最常見(jiàn)的一種形式，其發(fā)生時(shí)總是伴隨著劇烈的脂肪動(dòng)員[13]。TG及其他脂質(zhì)代謝產(chǎn)物在肝細(xì)胞和其他細(xì)胞的過(guò)度沉積，可以壓縮和減少其他細(xì)胞器的大小和數(shù)量，可能導(dǎo)致相應(yīng)器官功能受損。

NEFA和其他脂類代謝產(chǎn)物的蓄積產(chǎn)生的第二種后果主要是誘導(dǎo)程序性細(xì)胞凋亡。雖然對(duì)于白細(xì)胞尚未見(jiàn)此類報(bào)道，但在心肌細(xì)胞和胰島B細(xì)胞均有類似報(bào)道[14]。NEFA及其脂酰輔酶A可以通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，該過(guò)程主要以蛋白質(zhì)翻譯過(guò)程減緩、蛋白質(zhì)折疊能力增強(qiáng)、蛋白質(zhì)降解加速等為特點(diǎn)。如果內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能持續(xù)紊亂，細(xì)胞最終將啟動(dòng)凋亡程序[15]。已經(jīng)證實(shí)，棕櫚酸和油酸可以在嚙齒類動(dòng)物胰腺細(xì)胞中通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘發(fā)細(xì)胞凋亡，而二者正是奶牛血液中NEFA的主要成分[16]。

3.2 NEFA對(duì)胞內(nèi)信號(hào)的影響

NEFA及其相應(yīng)的脂酰輔酶A可以通過(guò)直接與特異性受體結(jié)合，或間接地改變某些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞信號(hào)通路的調(diào)節(jié)。報(bào)道顯示，奶牛白細(xì)胞、肝細(xì)胞和脂肪細(xì)胞的細(xì)胞膜磷脂層中棕櫚酸的含量在圍產(chǎn)期顯著增加，而高水平的棕櫚酸可以顯著促進(jìn)圍產(chǎn)期奶牛白細(xì)胞的活化。但當(dāng)棕櫚酸被二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳五烯酸（DHA）等ω-3多不飽和脂肪酸替代時(shí)，T細(xì)胞的活化延遲。而在圍產(chǎn)期奶牛細(xì)胞膜磷脂成分中EPA和DHA的含量均降低[17-18]。

諸如棕櫚酸和硬脂酸等飽和游離脂肪酸及其相應(yīng)的?；o酶A，可以直接激活NF-κB的信號(hào)通路。NF-κB可以誘導(dǎo)幾種黏附分子轉(zhuǎn)錄，包括：內(nèi)皮白細(xì)胞黏附分子（ELAM-1）、血管細(xì)胞黏附分子-1（VCAM-1）、細(xì)胞間黏附分子（ICAM1），E-選擇素等[19-20]。NF-κB也可誘導(dǎo)諸多細(xì)胞因子、趨化因子及其受體的表達(dá)，增強(qiáng)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)。

飽和脂肪酸能夠激活Toll樣受體-4（TLR-4），并借此啟動(dòng)NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)通路[21]。TLR-4活化可損害內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感性，導(dǎo)致一氧化氮的產(chǎn)量增加。在奶牛分娩后，血漿胰島素濃度降至最低點(diǎn)，這可以增強(qiáng)TLR-4的促炎活力[22]。在諸如乳腺炎、子宮炎等圍產(chǎn)期奶牛常見(jiàn)疾病發(fā)生過(guò)程中，脂肪動(dòng)員引發(fā)的TLR表達(dá)變化可能與奶牛過(guò)度的炎癥反應(yīng)有關(guān)。

飽和脂肪酸還可以直接激活細(xì)胞內(nèi)絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號(hào)通路。最近的一項(xiàng)研究表明，棕櫚酸可以啟動(dòng)人血管內(nèi)皮細(xì)胞p38 MAPK信號(hào)活化，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，并呈劑量依賴性[23]。最近的研究也證實(shí)[24]，過(guò)渡期奶牛發(fā)生鏈球菌乳腺炎時(shí)某些MAPK通路相關(guān)基因表達(dá)下調(diào)，但脂肪動(dòng)員對(duì)MAPK信號(hào)通路的影響尚需深入研究。

3.3 氧化應(yīng)激

人體內(nèi)研究表明，血漿游離脂肪酸可以增強(qiáng)白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞活性氧和活性氮產(chǎn)量[25]?；钚匝跏莵?lái)源于分子氧和超氧陰離子，在線粒體電子傳遞鏈或NADPH氧化酶的作用下合成。同樣，活性氮（RNS）主要來(lái)源于一氧化氮合成酶催化合成一氧化氮的過(guò)程中。在線粒體中，NEFA可以通過(guò)減緩線粒體電子傳遞鏈以及促進(jìn)脂肪酸β-氧化代謝過(guò)程等兩種方式增加ROS的產(chǎn)量。對(duì)于圍產(chǎn)期奶牛，脂肪動(dòng)員加劇，血液中NEFA含量升高，因此，可以通過(guò)以上兩種途徑顯著增加其ROS的產(chǎn)量。此外，圍產(chǎn)期奶牛尤其是過(guò)肥的奶牛機(jī)體抗氧化防御能力降低[26]。研究表明，某些類型的脂肪酸可以提高β-氧化過(guò)程中活性氧的生產(chǎn)，如棕櫚酸，與丙酸和蘋(píng)果酸等其他氧化底物相比，棕櫚酸可產(chǎn)生大量的超氧化物[27]。而ROS和RNS濃度的增加可以導(dǎo)致白細(xì)胞的功能及其有效免疫防御能力受損。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，能量負(fù)平衡引發(fā)的圍產(chǎn)期奶牛代謝變化，尤其是脂肪動(dòng)員，不僅可以影響奶牛能量代謝，也可影響其炎癥反應(yīng)狀態(tài)和免疫功能。脂肪動(dòng)員可以打破炎癥發(fā)展與消退之間的平衡，可能加劇諸如乳腺炎、子宮炎、蹄葉炎等圍產(chǎn)期奶牛常見(jiàn)疾病過(guò)程中的炎癥反應(yīng)。此外，血液NEFA濃度和成分的改變也可能直接影響白細(xì)胞活力從而提高機(jī)體對(duì)疾病的易感性。因此，在圍產(chǎn)期奶牛飼養(yǎng)管理過(guò)程中，限制奶牛脂肪動(dòng)員，增加干物質(zhì)攝入，確保充足的多不飽和脂肪酸的攝入有利于增強(qiáng)機(jī)體免疫防御能力，從而控制圍產(chǎn)期奶牛常見(jiàn)疾病的發(fā)生。