脂多糖引起奶牛乳腺和机体氧化应激损伤及蒲公英提取物对其阻断效果的研究

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在实际生产中,饲喂高精料饲粮常常引起奶牛发生亚急性瘤胃酸中毒(Subacute ruminal acidosis,SARA);此外,奶牛也常患有乳腺炎和子宫炎。在上述情况下,奶牛体内产生大量的内毒素(亦称脂多糖,Lipopolysaccharide,LPS),其会诱导奶牛机体以及乳腺上皮细胞发生氧化应激,这会影响奶牛健康和生产性能。为了寻求有效的解决方法,并结合国内禁抗养殖的要求,本研究选取具有抗氧化特性的蒲公英提取物作为潜在的抗生素替代物,首先通过体外细胞培养试验来探索蒲公英提取物对LPS诱导的奶牛乳腺上皮细胞氧化应激的抑制效果及作用机制,然后通过奶牛饲养试验来验证高精料饲粮模式下蒲公英提取物对机体包括乳腺氧化应激的改善作用。本研究分为以下三个试验:1.不同浓度LPS对奶牛乳腺上皮细胞氧化应激状态的影响本试验旨在探究不同浓度LPS对奶牛乳腺上皮细胞(MAC-T)氧化应激和DNA损伤的影响。培养的细胞随机分为6组,添加的LPS浓度分别为(0,0.1,0.5,2.5,12.5,100 ng/mL),LPS的处理时间为48小时。结果显示:(1)在LPS处理后,细胞内活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的生成与LPS浓度存在剂量效应。(2)LPS对细胞活性的影响差异不显著,但通过回归分析发现,细胞活性与LPS浓度呈负相关(P<0.05)。(3)在100ng/mL浓度下,LPS处理组显著增加了细胞内的蛋白质和DNA氧化损伤产物(P<0.05)的含量,且通过回归分发现LPS浓度与氧化损伤标志物含量之间呈显著正相关(P<0.05)。(4)当LPS处理浓度大于等于0.5ng/mL时,细胞内总抗氧化能力(Total antioxidant capability,T-AOC)显著高于(P<0.05)对照组和浓度为0.1ng/mL的LPS组。2.蒲公英提取物通过Nrf2通路缓解脂多糖诱导的奶牛乳腺上皮细胞氧化应激本试验旨在探究蒲公英提取物(Dandelion aqueous extracts,DAE)在LPS诱导奶牛乳腺上皮细胞氧化应激状态下的抗氧化作用及其通过核转录因子E2相关因子2(Nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)的调控缓解氧化应激的作用机制。培养的细胞随机分为6组,分别为对照组(不含LPS和DAE)、LPS组(100ng/mL)、DAE10组(LPS组+10μg/mL DAE)、DAE50组(LPS组+50μg/mL DAE)、DAE100组(LPS组+100μg/mL DAE)、DAE200组(LPS组+200μg/mL DAE),各组细胞的处理时间均为48小时。结果显示:(1)奶牛乳腺上皮细胞的活性受到LPS的显著抑制(P<0.05),但这种抑制作用在添加DAE后得到缓解。(2)经过LPS处理后,细胞内ROS含量显著增加(P<0.05),同时细胞内蛋白质、脂肪和DNA氧化损伤产物的含量也显著升高(P<0.05),表明LPS引发了细胞内的氧化应激及氧化损伤。与对照组和LPS组相比,DAE50组、DAE100组和DAE200组显著抑制了(P<0.05)细胞内ROS的产生。(3)与LPS组相比,添加不同浓度DAE后能显著降低(P<0.05)细胞内丙二醛(Malondialdehyde,MDA)、8羟基脱氧鸟苷(8-hydroxy-2’-deoxyguanosine,8-OHd G)以及蛋白质羰基(Protein carbonyl,PC)的含量,其中DAE50组的降低幅度更为显著。(4)与对照组和LPS组相比,添加不同浓度DAE还显著提高了(P<0.05)抗氧化酶活性以及总抗氧化能力。(5)经过LPS处理后,细胞内Kelch样结合蛋白1(Kelch-like ECH-associated protein 1,Keap1)蛋白的表达量显著下调(P<0.05)。与LPS组相比,DAE50组细胞内Nrf2蛋白的表达量显著上调(P<0.05),同时Keap1蛋白的表达量显著下调(P<0.05)。(6)与LPS组相比,添加不同浓度DAE在一定程度上调了Nrf2调控的抗氧化基因表达,其中DAE50组中不同抗氧化基因的表达与LPS组相比差异均显著(P<0.05)。3.高精料饲粮中添加蒲公英提取物对改善奶牛生产性能及降低机体氧化应激的作用本试验旨在探究高精料饲粮中添加过瘤胃保护的蒲公英提取物对泌乳期奶牛产奶性能、免疫指标和乳腺氧化应激的作用效果。试验采用随机区组设计,选取体况良好、泌乳天数接近(70±15天)的60头荷斯坦牛。以初始产奶量、体细胞数和胎次为区组因素分为3组(分组后上述3个指标组间无显著差异),每组20头。三个试验组分别为LCD组(低精料饲粮,饲粮精粗比为4:6)、HCD组(高精料饲粮,饲粮精粗比为6:4)和DAE组(在HCD组的基础上添加0.5%的蒲公英提取物)。试验期为35d,试验期内分别在早中晚进行三次饲喂,自由饮水。结果显示:(1)从第4周起,HCD组和DAE组奶牛产奶量显著高于(P<0.05)LCD组。三组饲粮在不同时期对乳品质产生不同影响。(2)相比于LCD组和DAE组,HCD组奶牛瘤胃p H值极显著降低(P<0.01)。HCD组奶牛瘤胃内和血浆中LPS含量均极显著高于(P<0.01)LCD组,DAE组奶牛瘤胃LPS含量介于HCD组和LCD之间且与两组的差异均极显著(P<0.01)。(3)在试验期第2周和第4周,HCD组牛奶中体细胞数显著高于(P<0.05)DAE组。HCD组奶牛血液中白细胞数、淋巴细胞数和淋巴细胞百分比均显著高于(P<0.05)LCD组。LCD组奶牛血液中中心粒细胞百分比显著高于(P<0.05)HCD组。(4)HCD组奶牛血清中8-OHd G及PC含量显著高于LCD组。LCD组和DAE组奶牛血清中过氧化物酶(Catalase,CAT)活性极显著高于(P<0.01)HCD组。(5)通过相关分析可知,血浆中LPS浓度与血清中8-OHd G和PC含量呈极显著地正相关性(P<0.01),与血清中丙二醛含量呈显著正相关(P<0.05),与血清中CAT活性呈显著负相关(P<0.01),与超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性呈显著负相关(P<0.05)。(6)LCD组奶牛乳腺上皮细胞中α、β和κ酪蛋白m RNA表达量均极显著高于(P<0.01)HCD和DAE组,脂肪酸合成酶和硬脂酰辅酶A去饱和酶m RNA表达量显著高于HCD组,乙酰辅酶A羧化酶αm RNA表达量显著高于HCD组和DAE组。(7)DAE组奶牛乳腺上皮细胞中Nrf2转录调控因子m RNA表达量极显著高于(P<0.01)LCD组和HCD组,胱氨酸/谷氨酸转运体和NAD(P)H醌氧化还原酶1的m RNA表达量显著高于(P<0.05)HCD组。综上所述,LPS的浓度与LPS引起的奶牛乳腺上皮细胞氧化应激总体上呈正相关。DAE可以作为有效的抗氧化剂来抑制LPS诱导的奶牛乳腺上皮细胞氧化应激,并且能够通过上调Nrf2调控的抗氧化基因来发挥作用。高精料饲粮模式虽然对产奶量有一定提高,但对乳品质、瘤胃内环境稳态、机体抗氧化能力均有不同程度的负效应。高精料饲粮中添加蒲公英提取物能够通过Nrf2调控因子增强机体包括乳腺的抗氧化性能,并改善瘤胃内环境和生产性能。
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