美国伊利诺伊大学 氨基酸对新陈代谢 炎症和氧化应激的益处
| 2017-10-28 22:14 荷斯坦奶农俱乐部网 访问量：399 | [ 字号：大 中 小 ] |
J. Loor, Z. Zhou and M. Vailati-Riboni 伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校动物科学系
译者 巫立新
围产期奶牛关键的氨基酸和胆碱
由于瘤胃内大量的微生物降解，日粮有效的关键甲基供体（如：蛋氨酸MET和胆碱CHOL）对乳腺和肝脏是有限的（Sharma and Erdman, 1989; Girard and Matte, 2005）。因此，奶牛接近产犊时以身体蛋白代谢补偿这部分短缺（Komaragiri and Erdman, 1997）。补充瘤胃保护甲基供体可以帮助满足每日甲基团的需求，可能改善围产期整体的生产和奶牛的健康（Zom et al.,2011; Osorio et al., 2013; Osorio et al., 2014）。
有效的蛋氨酸和胆碱对各种不同的生物功能有重大影响。例如，蛋氨酸和赖氨酸一起是牛奶合成（NRC, 2001）最大限制的氨基酸（AA）。作为生物唯一的含硫必需氨基酸，蛋氨酸还扮演着其他含硫氨基酸如半胱氨酸、高半胱氨酸和牛磺酸的前体物角色（Brosnan and Brosnan, 2006）。在泌乳山羊上的评估发现有多于28%被吸收的蛋氨酸能用于胆碱的合成（Emmanuel andKennelly, 1984）。因此，认为补充瘤胃保护胆碱能节约蛋氨酸以帮助奶牛获得更好的整体性能（Hartwell et al., 2000;Pinotti, 2012）。当前推荐最大化乳蛋白含量和奶产量的十二指肠赖氨酸和蛋氨酸供应量分别为：代谢蛋白（MP）的7.2%和2.4%（NRC, 2001）。作为生产性能的条件，在围产期补充瘤胃保护蛋氨酸令赖氨酸:蛋氨酸接近MP的2.8:1是有裨益的（Osorio et al., 2013）。
作为一个防治脂肪肝的中间体，蛋氨酸通过S-腺苷甲硫氨酸（SAM），一种最重要的甲基供体的产生直接参与极低密度脂蛋白（VLDL）的合成（Martinov et al., 2010）。接着SAM能被用于甲基化产物磷脂酰乙醇胺（PE）产生PC，这是VLDL合成的必需品（Auboiron et al., 1995）。在VLDL合成和肝脏脂质代谢的背景下，胆碱包含的营养物（主要是PC的组成）是乳糜微粒和VLDL合成和释放必不可少的（Pinotti et al., 2002）。因此，瘤胃保护蛋氨酸和胆碱的补充（Zom et al., 2011）可以增加肝脏甘油三酯的输出而减少肝脏脂肪的沉积。
奶牛在应激时来自充分准备的合适营养、减少负面影响和尽快恢复对免疫系统的益处非常大。围产期奶牛应用这些概念开始变得十分重要，这利于成功地过渡到有利可图的泌乳阶段，实现最佳的生产、繁殖、健康和避免过早的淘汰。在这个时期代谢障碍是常见的，其能轻易地消除牧场整体潜在的利润（Drackley, 1999）。围产期的免疫功能障碍（Kehrli et al.,1989; Waller, 2000）和氧化应激状态（Abuelo et al., 2015）会导致奶牛对抗原反应不敏感和反应过低，因此，更加易感传染性疾病如乳房炎（Mallard et al., 1998）。
瘤胃保护甲基供体和生产性能
到如今，报道的瘤胃保护蛋氨酸胆碱添加物对奶牛生产性能的影响不一致。虽然来自我们团队和其他先前的研究已经观察到来自蛋氨酸（Chen et al., 2011; Osorio et al., 2013）或胆碱（Pinotti et al., 2003; Zom etal., 2011）添加物的有益的影响，其他的研究没有发现蛋氨酸（Socha et al., 2005; Ordway et al., 2009;Preynat et al., 2009）或胆碱（Guretzky et al., 2006; Leiva et al., 2015）添加物对围产期生产性能有重大意义的改善。同样地，研究评估提供等量的单独胆碱或联合蛋氨酸，在生产性能的益处方面也产生不同的结果。例证: 在先前的研究蛋氨酸和胆碱添加物都导致较大的干物质采食量（Ardalan et al., 2010; Sun et al., 2016）。形成对比，来自我们团队最近对围产期奶牛的研究观察到了仅仅是蛋氨酸的效果（Zhou et al., 2016c）。来自围产期蛋氨酸和胆碱添加物对生产性能的研究结果汇总参见表1。
*SM and MS：Adisseo’s Smartamine and Metasmart,安迪苏的斯特敏和美斯特。
在围产期蛋氨酸添加物对生产性能有益的响应很可能与丰富的氨基酸和含硫抗氧化剂池有关。据von Liebig的水桶原理假设（Mitchell and Block, 1946）：有效蛋氨酸不足会限制其他循环氨基酸的利用率。实际上经过分娩循环蛋氨酸的浓度显著降低，直到产后28天才能恢复到产前的水平（Zhou et al., 2016b），建议在围产期有效蛋氨酸的增加能对生产性带来潜在的益处。另外，提高有效蛋氨酸（Graulet et al., 2005）能增加其进入肝脏的1-碳代谢循环，由此增加下游化合物如半胱氨酸（Cys）的产量。谷胱甘肽（GSH）是起因于蛋氨酸循环的另一个下游化合物，能供应氨基酸如半胱氨酸到乳腺合成牛奶（Pocius et al., 1981）。
除了提供蛋氨酸，谷胱甘肽（作为一种有强效的细胞内抗氧化剂）可以通过减轻氧化应激和随后的炎症而贡献更好的整体生产性能。先前的工作已经证明：在围产期蛋氨酸添加物对肝脏谷胱甘肽浓度的正面影响（Osorioet al., 2014; Zhou et al., 2016a）。这种效果可能与蛋氨酸添加直接相关，它可以集成上游谷胱甘肽合成途径（Halsted, 2013）。体外（Hartman et al., 2002）和体内（Tabachnick and Tarver, 1955）的研究都用蛋氨酸放射性标记证明：肝脏蛋氨酸的[35S]结合进入谷胱甘肽。因此，添加蛋氨酸获得较高的肝脏谷胱甘肽浓度帮助奶牛缓解氧化应激和通过整体地减轻炎症状况而提高干物质采食量（Zhou et al., 2016a）。
虽然胆碱不含硫，蛋氨酸可以在组织如肝脏中当高半胱氨酸从胆碱透过甜菜碱接受一个甲基团产生胆碱（Wong and Thompson, 1972; Li and Vance, 2008）。因此，如果类似的蛋氨酸能产生胆碱补充物的响应，视同生产性能的益处是可以期待的。尽管实际上在我们团队最近对围产期奶牛的研究中没有观察到补充胆碱对产奶量、DMI和乳成分的益处（Zhou et al., 2016c），在先前的研究中发现对泌乳性能的好处，显示胆碱可以通过各种不同的方式对泌乳施加正面影响。例如，肉碱的转运增加了肝脏mRNA的表达，表明增加了脂肪酸的吸收能力和奶牛细胞内的胆碱运送，这与减少肝脏甘油三酯的积累有关（Goselink et al., 2013）。另外，在产前补充胆碱可通过早期泌乳导致肝脏组织肝糖原的增加，意味着对肝脏代谢的益处（Piepenbrink and Overton, 2003）。此外，胆碱能被用于产生PC，这是极低密度脂蛋白（VLDL）合成所必须的，能通过促进甘油三酯输出帮助减少肝脏脂类沉积（Pinotti et al., 2002）。
瘤胃保护甲基供体和新陈代谢
围产期奶牛将正常地经历一个脂肪组织脂解增加的过程，这是由激素的变化如胰岛素（减少）和内分泌激素（增加）引起的，以致于血液非酯化脂肪酸（NEFA）浓度增加。当NEFA到达肝脏就会氧化提供能量，部分氧化产生酮体，或酯化为甘油三酯。NEFA氧化发生在肝细胞内的主要细胞器线粒体中，肉碱是NEFA从细胞液转运到线粒体随后发生β-氧化作用所必需的（Drackley, 1999）。蛋氨酸是肉碱合成所必需的（Carlson et al., 2007），因此，给奶牛补充蛋氨酸发现肉碱在肝脏中浓度较大 （在组织中82.1 vs 37.5 nmol/g）表明：蛋氨酸对甲基化赖氨酸有更大的生物利用率（Osorio et al., 2014）。
先前的研究报告：胆碱对血液葡萄糖或β-羟基丁酸（BHBA）浓度没有显著影响（Guretzky et al., 2006; Zahra et al., 2006; Zom et al., 2011）。来自我们团队最近的研究（Zhou et al., 2016c），补充胆碱有降低BHBA的趋势与葡萄糖浓度较高一致。尽管是推测，奶牛补充胆碱检测BHBA和葡萄糖的模式在数值上与降低能量负平衡随后导致奶产量低有关。在这些奶牛中产奶量低并保持较高的血液葡萄糖的精确机制还未知。
甲基供体的免疫营养角色
除了被认为是牛奶生产最限制的氨基酸外，蛋氨酸和它的几个代谢产物也扮演免疫营养的角色等。它们帮助支持和提高人类免疫系统的某些活性（Grimble, 2006; Li et al., 2007）。自从这些特性在人类免疫抑制项目中被发现有正面的效果后（Van Brummelen and du Toit, 2007），我们假定提高蛋氨酸的供应量将在围产期免疫功能方面有正面的效应，这时期的奶牛似乎处于一个免疫危机状态。一个泌乳中期的研究报告：在体外进行的各种有丝分裂反应的试验中，补充30 g/天瘤胃保护蛋氨酸比0或15g/天导致更大的T淋巴细胞增殖（Soder and Holden, 1999）。自从人类淋巴细胞似乎对蛋氨酸有一个绝对的需求而迅猛增殖（Hall et al., 1986），这些结果就不是出乎意料的。
一个我们先前围产期奶牛的研究（Osorio et al., 2013）：在分娩前21到产后30天饲喂斯特敏（Smartamine, SM）（DM的0.07%）或美斯特（Metasmart, MS）（DM的0.19%），我们观察到增加了嗜中性白血球的吞噬作用（病原菌杀灭能力），该细胞是形成动物免疫力的第一道防御线。在随后的分娩前21到产后30天饲喂斯特敏（DM的0.08%）研究中（Zhou et al., 2016a）我们发现：从产后1~28天，体外血液嗜中性白血球的吞噬作用和氧化的爆发（另外的病原菌杀灭机制）都更大。此外，补充瘤胃保护蛋氨酸通过控制免疫细胞的炎症能力优化了脂多糖（LPS：一种细菌细胞壁的成分）的反应（VailatiRiboni et al., unpublished）。在奶牛围产期这是非常有价值的，作为奶牛可以准备一个极度的炎症反应对付病原菌而重创之（Jahan et al., 2015）。一个可能的机制是蛋氨酸作为谷胱甘肽和牛磺酸的前体物与能影响围产期奶牛的氧化应激状况有关（Atmaca, 2004）。通过这个氯氨化合物的代谢产物，牛磺酸具有知名的免疫调节能力（Schuller-Levis and Park, 2004）。
尽管蛋氨酸与胆碱（通过1-碳代谢）之间的相互联系，在胆碱和牛免疫反应方面缺乏数据。免疫细胞无能力通过甜菜碱途径转化胆碱为蛋氨酸，在牛仅仅呈现在肝脏和肾脏（Lambert et al., 2002）。最近的研究（Zhou et al., 2016a），在分娩前21到产后30天饲喂60g/天瑞信胆碱（瘤胃保护胆碱）与饲喂蛋氨酸相比，对嗜中性白血球和单核白血球（另一种动物免疫反应的细胞类型）的免疫细胞杀灭能力没有影响。然而，有使用其他动物模型获得的数据。例如，在日粮中补充胆碱改善鱼（Wu et al.,2013）和乳鼠的免疫指数（Lewis et al., 2016）。作者没有推断作用模式，但多数胆碱的功效是经由甜菜碱（一个胆碱的衍生物）间接地起作用。来自肉鸡的数据显示：日粮补充甜菜碱改善肠道健康，诱导肠道免疫力提高应对球虫挑战（Klasing et al., 2002）。
蛋氨酸和肝脏功能：平衡炎症和氧化应激
围产期炎症反应是以增加肝脏阳性急性期蛋白（posAPP）如结合珠蛋白和血清淀粉样蛋白A（SAA）为特征，同时伴随着负的APP（negAPP）如白蛋白产生量减少（Bertoni et al., 2008）。在肝脏的水平，这些反应公认的前期炎症触发细胞因子是IL-6, IL-1β和TNF-α（Kindt et al., 2007）。形成对比，在组织和血液中氧化应激是由氧化反应代谢产物（ROM）的产量和抗氧化物质机能的中和能力不平衡所致。前期炎症触发细胞因子也被认为是氧化应激的起因，因此结合了两种状况（Sordillo and Mavangira, 2014）。
炎症和氧化应激两者降低了围产期奶牛的肝脏功能（Bionaz et al., 2007; Trevisi et al., 2012）。应用血浆白蛋白、胆固醇和胆红素浓度的变化Bertoni and Trevisi （2013）开发出了肝功能指数（LFI），以此表示炎症反应的程度特征和帮助预测奶牛的健康和舒适度影响。例如，一个低LFI值表明显著的炎症反应，提示从妊娠过渡到泌乳较困难，反之高LFI表示平稳过渡。在我们的试验中，补充蛋氨酸一贯地增加血液白蛋白（Osorio et al., 2014; Zhou et al., 2016a），奶牛的指数好于上述的浓度范围以适应产后肝脏功能（Bionazet al., 2007）。而且，补充瘤胃保护蛋氨酸减少了与炎症相关的生物标记物如血浆铜蓝蛋白、结合珠蛋白、IL-1β和SAA的浓度（Osorio et al., 2014; Zhou et al., 2016a）。补充蛋氨酸增加了肝脏谷胱甘肽和抗氧化能力（Osorio et al., 2014; Zhou et al.,2016a）。应用Zhou et al.的奶牛试验数据，没有补充蛋氨酸的奶牛结果35%在低LFI组，补充蛋氨酸的奶牛仅有10%在低LFI组，因此，补充蛋氨酸对支持肝脏功能有积极的影响。
与采食和健康之间的联系
在分娩时出现短暂的炎症状况是适应泌乳“正常”的现象（Bradford et al., 2015），其正面或负面的影响取决于发生的程度。奶牛接近分娩伴随着较高的循环细胞因子水平（但仍然是亚临床的）具有较大的炎症和氧化应激和较低的肝脏功能，常常低产奶量和低产后DMI贯穿泌乳后30天（Bertoni et al., 2008; Trevisi et al., 2015）。对它们的基本免疫功能、细胞因子（ILs）、干扰素（IFNs）和TNF-α也引起病理影响。这导致通常所称的“疾病表现”，他们主要的表现是饱腹感。接近分娩奶牛出现类似炎症反应状态，减少DMI是一个这种行为的案例。在鼠类，这些细胞因子显示减少采食量和耐饿性，如同减少采食频率和延长采食的间隔（Plata-Salaman, 1995）。此外，细胞因子直接影响下丘脑（有调节体温、摄食、内分泌等的功能）；IL-1β和IFN直接和具体地对大脑里的“饱腹感”和“饥饿”点的葡萄糖敏感神经元起作用（Plata-Salaman, 1995）。如此，能部分地解释当饲喂瘤胃保护蛋氨酸（斯特敏Smartamine或美斯特Metasmart）观察到降低了炎症而增加了DMI，它直接（在肝脏水平通过抑制免疫细胞过度反应）和间接（减少氧化应激）降低循环前导炎症细胞因子。
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