围产期是奶牛生产周期中最关键的阶段，其特点是免疫系统的损害，多数奶牛在围产期间都要经历肝脏功能下降和严重的氧化应激，造成细胞损伤，随后出现慢性炎症反应。蛋氨酸作为奶牛的第一限制性氨基酸，最近的多项研究均强调了其在免疫代谢上的潜力。本文从氧化应激、肝脏功能、炎症状态和中性粒细胞吞噬作用四个方面，分析了围产期补充蛋氨酸对奶牛免疫状态的影响。
文 | 孙得俸，王艳明，李德鹏
建明（中国）科技有限公司
文章摘自《中国奶牛》2023·7
氨基酸是合成所有蛋白质的基础营养物质。目前已经证明有少数氨基酸，在支持多种代谢途径中也是至关重要的。例如，蛋氨酸（Met）有助于多种途径，包括为许多转甲基反应提供一个甲基[1]。此外，除亮氨酸（Leu）和赖氨酸（Lys）外，其他氨基酸可以作为糖代谢的前体；所有氨基酸都可以转化为脂肪酸，或在氧化为二氧化碳时作为直接的能量来源[2,3]。当体内氨基酸满足蛋白质合成的需要时，这些代谢需要是否完全得到满足尚不清楚。
由于Met的多重作用，近年来已经有多个研究评估了瘤胃保护蛋氨酸在围产期使用的效果。从产前几周开始并持续到产后几周给奶牛补充瘤胃保护Met，可以提高泌乳早期、泌乳期的牛奶产量和乳中各成分产量[4,5]，并改善中性粒细胞功能[4,6]。在围产期补充瘤胃保护Met减少了各种氧化应激反应[6]，这可能是其改善免疫功能的部分原因。Met在免疫代谢方面的作用可能部分是由于其作为甲基供体的作用，以及它通过激活S-腺苷蛋氨酸在转甲基反应中的作用实现的，因为S-腺苷蛋氨酸参与了一百多个代谢反应[7]。另外，围产期奶牛补充瘤胃保护Met也可能对犊牛的免疫系统产生积极的表观遗传效应[8]。
本文从氧化应激、肝脏功能、炎症状态和中性粒细胞吞噬作用四个方面探讨给围产期奶牛额外添加蛋氨酸，对其免疫状态的影响，为过瘤胃Met在奶牛生产中的应用提供参考。
01 氧化应激
氧化还原平衡是动物健康和免疫的基础。氧化应激被定义为氧化剂和抗氧化剂之间的严重失衡，这是由于对营养和能量的需求增加而导致的活性氧代谢物（ROM）产生的结果，特别是在围产期前后，大多数奶牛在泌乳早期经历了自由基产生和抗氧化剂消除之间的长期不平衡[9]，经常会造成细胞损伤，随后出现慢性炎症反应。由于产犊的影响，奶牛在围产期经历了采食量和营养需求的巨大变化，以及激素水平和代谢状态的改变，加上日粮营养浓度波动对瘤胃的影响，奶牛围产期管理无疑已经成为所有牧场管理关注的焦点。围产期的特点就是活性氧代谢物（ROM）的产生增加，其积累可能耗尽细胞内的抗氧化剂，如谷胱甘肽（GSH），并引起氧化应激，从而导致大量的组织损伤[10,11]。
GSH是体内最丰富的内源性抗氧化剂，因为它具有清除ROM和自由基的能力。因此，GSH的浓度已被用作各种氧化应激相关疾病的生物标志物[12~14]。而蛋氨酸代谢循环中产生的高半胱氨酸正是谷胱甘肽合成的底物[15]。
在奶牛产前28d，补充占干物质采食量0.09%的瘤胃保护蛋氨酸，奶牛血浆中的总谷胱甘肽和还原谷胱甘肽的浓度更高（P<0.01），证明奶牛经历的氧化应激变少[6]。谷胱甘肽具有消除自由基和解毒等重要功能。肝脏中产生的谷胱甘肽可以在肝脏组织内使用，也可以输出到血液循环中帮助调节全身的氧化应激。另外还有其他试验发现，在奶牛围产期添加过瘤胃蛋氨酸可以清除体内活性氧代谢物（ROM）[16~18]。
同时，Batistel等[6]研究证明，添加瘤胃保护蛋氨酸，可提高奶牛血浆中β-胡萝卜素和维生素E的浓度（P<0.02）。而Sun在2016年的一篇研究中，同样观察到维生素E浓度的升高[17]。在补充过瘤胃蛋氨酸的奶牛血浆中，发现在产后7~21d内维生素E浓度增加了106%[18]。已经有研究证明补充维生素E可降低奶牛胎衣不下的发生率。有研究表明，补充1000IU/d维生素E可减少30%的临床乳房炎，补充4000IU/d可减少80%的临床乳房炎[19]。这些研究结果也解释了围产期补充蛋氨酸降低奶牛产后子宫炎和乳房炎发病率的原因。
目前普遍认为，奶牛在热应激期间产后胎衣不下的发病率会显著升高，主要是由于热应激期间奶牛氧化应激加剧所致。很多牧场和饲料厂家会选择在热应激期间提高围产期奶牛日粮中的维生素E和硒元素水平。而鉴于蛋氨酸在抗氧化应激方面的作用，可以给牧场缓解围产期奶牛热应激提供一个全新的方案。
02 肝脏功能
在围产期，肝脏的代谢活动大幅度增加，这在很大程度上帮助满足了泌乳所需的营养。据估计，在产前3周，葡萄糖需求量为1.2kg/d；在产后3周，当牛奶产量约为36kg/d时，肝脏的葡萄糖生成量增加到3kg/d[20,21]。肝脏也是机体动员体脂肪，转运和氧化非酯化脂肪酸所必需的脏器。因此，具有最佳肝脏功能的奶牛能够更有效地克服围产期的应激状态，并表现出更轻的炎症反应及更少的氧化和代谢压力[10,22]。
围产期的奶牛经历了肝脏功能的下降，同时炎症和氧化应激增加[11,22]。血浆中的生物标志物，如胆固醇和对氧磷酶（PON）等，已被成功用于评估分娩前后奶牛的肝脏功能[10,22,23]。肝脏或肠道中合成的脂蛋白的疏水核心需要胆固醇[24]，作为促脂剂，给奶牛补充蛋氨酸可以通过刺激极低密度脂蛋白的生成和输出，帮助清除肝脏中的脂质[25]。对氧磷酶（PON）于肝脏中合成，之后释放到血流中，有助于保护低密度脂蛋白（LDL）和高密度脂蛋白（HDL）免受脂质过氧化的影响[26]。数据表明，产后血浆中PON浓度高的奶牛（平均=92U/mL）与PON浓度低的奶牛（平均=54.3U/mL）相比，产奶量更高[22]。
有研究表明，从产前21d到产后30d，补充了占干物质采食量0.08%的瘤胃保护蛋氨酸的奶牛，血浆中PON的浓度整体高于没有补充蛋氨酸的奶牛[18]。而在该作者另一篇研究中同样监测到，补充Met的奶牛血浆中PON浓度更高（94.9与85.1U/mL），可以支持奶牛肝脏健康状况更好，因此可以生产更多的牛奶[27]。Batistel同样证明添加蛋氨酸可以提高血浆中胆固醇和对氧磷酶浓度[6]。
03 炎症状态
在发生炎症期间，肝脏产生的白蛋白通常会减少，并作为一个有效的生物标志物来评估奶牛的炎症状态[10,22,28]。考虑到白蛋白与非酯化脂肪酸以及胆红素结合后的解毒功能，补充Met的奶牛体内白蛋白的浓度更高，可能有助于缓解围产期的炎症[29,30]。另外还有其他试验均观察到类似的结果[6,18,27]。有人认为，在添加蛋氨酸的情况下，炎症状态的改善意味着外周组织消耗的白蛋白的数量降低，更多的氨基酸可用于糖代谢和肝脏蛋白的合成[28]。
脑磷脂的浓度在炎症期间可能会增加，如在围产期就会因炎症反应而增加[28]。而在补充Met的奶牛血浆中检测到脑磷脂降低了10.7%，这在产前10d更为明显，可以认为是补充Met减少了产后促炎因子IL-6的合成，后者可能对肝脏产生了影响，有效减少了脑磷脂的产生[16]，说明补充蛋氨酸改善了围产期奶牛的炎症状态。
04 中性粒细胞吞噬作用
蛋氨酸本身无法改变奶牛的免疫状态。然而，蛋氨酸的代谢物，如牛磺酸、GSH和同型半胱氨酸可以提高奶牛的免疫调节能力[31]。例如，已经有研究证明，牛磺酸的补充增强了中性粒细胞的吞噬和杀菌能力[32]。中性粒细胞和单核细胞吞噬能力受损，以及对病原体的氧化爆裂反应是免疫反应受损的直接指标，导致宿主的细菌感染风险增加[33]。
在引入有丝分裂素的试验中，对于每天补充30g瘤胃保护Met的泌乳中期奶牛，T淋巴细胞增殖更多[34]。给围产期奶牛补充蛋氨酸，可使其获得更强的血液中性粒细胞杀菌能力，证明Met在奶牛围产期的免疫反应中具有重要作用[4]。补充蛋氨酸的奶牛血液中更强的中性粒细胞吞噬作用和氧化爆裂反应表明其免疫系统状态更好[6,18]。
05 添加蛋氨酸对干物质采食量的影响
本文总结了近10年来多篇添加蛋氨酸对奶牛干物质采食量影响的研究报道。添加蛋氨酸对奶牛产前采食量影响的研究中，仅有Potts等[35]、Sun等[17]和Ordway等[36]的研究中奶牛产前的日采食量有下降的趋势，分别下降0.5kg、0.06kg和0.4kg，但差异均未达显著水平。而Alharthi等[8]、Batistel等[6]、Batistel等[5]、Zhou等[18]和Ardalan等[37]的研究中，均证明围产期添加过瘤胃蛋氨酸对奶牛产前的日采食量有提高作用，分别提高了1.3kg、1.2kg、1.2kg、1.1kg和0.8kg，提升效果显著。
关于添加蛋氨酸对奶牛产后采食量的影响也有较多的研究报道。Potts等[35]、Batistel等[5]、Zhou等[18]、Sun等[17]、Osorio等[4]、Ardalan等[37]和Ordway等[36]的研究结果中，均证明围产期添加过瘤胃氨基酸对奶牛产后的日采食量有明显的提升效果，分别提高了1.2kg、1.6kg、2kg、1kg、2.1kg、1.4kg和0.9kg。
06 小结
综上所述，由于肝脏功能、炎症和氧化应激的变化，补充蛋氨酸的奶牛，在围产期的免疫代谢状态有了明显的改善，这种免疫状态的改善，很有可能是添加蛋氨酸的奶牛在产前产后采食量有明显提高的根本原因。而采食量的提高又为围产期奶牛迅速走出能量负平衡，提高繁殖效率提供了更多的可能。
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