奶牛文献

奶牛氧化应激研究进展

日期:2017-01-18 18:00 来源:上海市奶牛研究所作者:薛俊欣点击量:

摘要

高产奶牛更容易发生氧化应激,氧化应激可以导致生物学大分子和生物膜系统的破坏,并可以引起放大感染性疾病的损伤;奶牛氧化应激的产生除了与机体的生理状态、健康状况和饲料成分有关外,环境因素也会引起氧化应激,目前主要通过饲喂抗氧化添加剂来预防奶牛氧化应激。


 

关键词

奶牛;氧自由基;氧化应激;损伤



 

氧化应激常常会带来畜禽生产性能下降(例如:热应激使蛋鸡产蛋率下降),动物产品品质下降(例如:屠宰应激产生PSE猪肉),甚至发生动物疾病(例如:环境应激和营养性应激引发肉鸡腹水症)等诸多问题。氧化应激由机体抗氧化功能降低导致自由基的产生和清除失衡所造成,过多的自由基可破坏蛋白质、核酸和生物膜系统等,使机体正常的代谢发生紊乱。所有的生命活动过程中都存在自由基的产生,正常的生理条件下机体自由基的生成、利用和清除都处在一个动态平衡过程中,一旦这个平衡被打破,导致机体以及各种生命活动失去稳定性,就会引起机体的氧化应激。

 

 

1
氧化应激的危害

 


 

自由基广泛存在于自然界中,种类繁多。在有机体内存在的主要是氧自由基及其他活性氧,这是因为机体内的代谢反应主要是通过有氧氧化进行电子传递的。


1.1 氧化应激对DNA的损伤


活性氧可使DNA的碱基和脱氧戊糖发生化学变化,引起碱基破坏、改变或脱落、脱氧戊糖分解、磷酸二酯键的断裂以及DNA核苷酸链的单链和双链断裂,在此种情况下,DNA与附近蛋白质可能形成DNA-蛋白质交联。


1.2 氧化应激对生物膜的损伤


自由基可引发脂质过氧化作用,导致细胞膜损伤。脂质过氧化的产物丙二醛(MDA)等物质还可与DNARNA、蛋白质和磷脂等有关物质结合,使膜成分改变,由此引起功能的改变。自由基通过磷脂对膜结构发生损伤,磷脂富含不饱和脂肪酸(PUFA,不饱和脂肪酸的不饱和双键极易受到氧自由基攻击,导致脂质过氧化反应,激起自由基的连锁、增殖反应,形成一系列的脂质自由基及其降解产物丙二醛,这些脂质自由基将进一步引起膜的流动性降低,通透性增高。在生理状态下,生物膜的结构与功能基本得到维持,但在疾病、衰老等情况下自由基对生物膜的损伤程度可能超过其修复能力,导致膜损伤及其他生物分子的损伤。此外,自由基对蛋白质分子的攻击可造成蛋白分子结构及功能的改变,这些分子结构的改变将影响其流动性。红细胞膜的流动性是红细胞顺利通过毛细血管完成与组织交换的重要保证,膜流动性是细胞膜的重要生物学特性,是细胞膜功能完整的重要参数,可以敏感地反映细胞膜状态。


1.3 自由基对蛋白质的损伤


脂质自由基的最终产物为丙二醛,丙二醛具有很强的交联作用,使蛋白质分子发生聚合,从而破坏蛋白质的构象,损伤蛋白质的功能。对于氧自由基所致的轻微的损伤,机体具有修复能力,如果其损伤修复不及时或不能修复,则蛋白质可被分解,许多重要的蛋白质会丧失其生物学功能,导致溶血等与膜蛋白组成和构象的改变相关的疾病的发生。


1.4 氧化应激与疾病


氧化应激可以导致人类白内障的发生,血液中β-胡萝卜素较高的人患白内障的风险较低,一些自由基过氧化物是癌症发生促进剂。癌症可能与自由基引起的细胞损伤有关,此外,不饱和脂肪酸氧化形成的脂质过氧化物,对细胞膜的损伤,也与癌变的发生有关。紫外辐射(UV)产生ROS是引发皮肤癌的重要原因。多数心血管疾病都起因于自由基脂质过氧化作用,如低密度脂蛋白(LDL)的氧化被认为是导致冠心病的主要原因,心肌缺血(缺氧)/再灌流(氧合)损伤以及机体的衰老也与脂质过氧化有关。


Bonomini等(2008)研究发现奶牛在氧化应激状态时乳腺组织中抗氧化功能参与重要的防御机制,这些疾病的病理变化可能是由于参与氧化还原调节的炎性因子(比如类花生酸类物质和细胞因子)的表达增强引起的,比如依赖于15-脂肪氧化酶1(15-LOX1)的花生四烯酸的代谢过程会引起15-过氧羟基二十四碳四烯酸(15-HPETE)生成,这一过程会在机体处于氧化应激状态时增强,组织和细胞中15-HPETE的增加会促进一些促炎症反应基因表达细胞间粘附分子1(ICAM-1)和血管细胞粘附分子1(VCAM-1)。血管细胞粘附分子对经过内皮的白细胞移行到感染部位具有重要作用,ICAM-1或者VCAM-1的表达增强可以引起病理学促炎症反应状态。与奶牛健康有关的是氧化应激可以增强15-LOX1的活性从而促进15-HPETE在上皮细胞的蓄积进而使ICAM-1的表达显著升高。Hodgkinson等(2007)报道称分泌初乳时期如果奶牛处于氧化应激状态时牛乳腺组织中VCAM-1的表达显著升高,氧化应激引起的急变期细胞因子的表达,增加炎症反应时的组织损伤。围产期是奶牛疾病的多发阶段,这与围产期生理特点有关,围产期奶牛营养物质摄入不足能量代谢加快,内分泌激素急剧变化等原因可改变机体的免疫和抗炎症能力,引起围产期奶牛免疫力降低发病率升高的另一个重要因素是氧化应激。

 

 

2
奶牛氧化应激产生的机理和原因

 


 

导致奶牛产生氧化应激的原因较多,奶牛的氧化应激主要与奶牛的生理状态、健康状况、营养水平等因素有关。


2.1 奶牛的不同生理时期与氧化应激的关系


围产期和高产奶牛的生理特点和营养需求增加决定了其机体代谢旺盛,Lohrke等(2005)比较了不同产奶量的奶牛血液脂质代谢状况,发现与产奶量较低的奶牛相比,高产奶牛的血液脂质过氧化物值明显升高,氧自由基的产生与耗氧量存在密切相关性,高产牛代谢能的摄入和输出较大,代谢旺盛必然加大氧的消耗。研究发现分娩时期也会出现氧化应激的增加。在奶牛的围产期,血液中α-生育酚浓度(VE)和氧化应激产物发生变化,在分娩前一个月内血液中VE的浓度降低,分娩前几周血液中VE浓度降低的原因可能是由于VE分布到乳腺等其他组织引起的,也可能是由于与肝脏功能有关的脂肪代谢引起的。Lohrke等(2005)认为围产期尤其是肝脏和乳腺的代谢活动增强,代谢活动的增强伴随着氧自由基类产物的增加。氧化应激最严重的阶段是泌乳开始阶段,此时奶牛处于能量负平衡,脂质动员和糖原异生的过程伴随自由基的生成增多。


2.2 奶牛的健康状况与氧化应激的关系


酮体水平升高时,可以诱发机体产生脂质过氧化反应,乙酰乙酸与脂质过氧化有关,并且会对体外培养的上皮细胞产生抑制作用。此外,乙酰乙酸还可以增强脂质过氧化反应并且降低人类Ⅰ型糖尿病患者谷胱甘肽的水平。Jain等(2006)报道称人体血液中乙酰乙酸的浓度过高会导致体内超氧自由基的产生增多,进而引起氧化应激和细胞损伤。


奶牛亚临床酮病可以导致机体总抗氧化能力的降低,血液脂质过氧化产物丙二醛(MDA)的生成量增加,机体发生脂质过氧化损伤。此外,外周血中酮体水平的升高会导致一氧化氮浓度的升高,从而放大机体的氧化损伤。围产期奶牛疾病如胎衣不下、乳房炎和乳房水肿都可以引起奶牛的氧化应激症状,与健康奶牛相比,胎衣不下的奶牛血浆中的总抗氧化能力明显降低。


2.3 奶牛的饲料成分与氧化应激的关系


日粮中的脂肪,如添加的脂肪、油菜籽和DDGS常常不稳定,成为动物自由基的一个重要来源。日粮中含量高的脂肪,尤其是多不饱和脂肪酸,在氧化应激中起重要作用,PUFA含量越高,氧化发生的越快。日粮氧化产生的自由基及氧化产物除了抑制瘤胃微生物,降低奶牛生产性能外,还会大量消耗内源性抗氧化剂,导致体内氧化平衡被打破,产生氧化应激。


 

此外,饲料中与机体发挥抗氧化功能相关的矿物质如硒、锌、铜等以及还原性维生素VAVE等的缺乏也会导致机体抗氧化功能的降低,导致机体自由基损伤。


2.4 外界环境与氧化应激的关系


已有研究表明,处于热应激状态时的奶牛更容易发生氧化应激,目前对于奶牛热应激的研究大多集中在促进奶牛物理散热及应用药物减弱热应激反应。调节奶牛热应激的因素很多,近几年的研究集中在热休克蛋白上(HSP),热休克蛋白又称应激蛋白(SP),是机体细胞在一些应激原的诱导下,激活HSP基因高效表达的一组进化上高度保守的蛋白质,对机体免受应激因素的损害具有重要作用[35]。在热应激状态时,奶牛外周血中总抗氧化能力(T-AOC)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)的活力极显著降低,活性氧(ROS)和脂质过氧化产物丙二醛(MDA)的水平升高。

 

 

3
奶牛氧化应激的预防措施

 


 

有三类物质参与体内抗氧化功能的发挥:第一类是以SODGSH-PX为代表的抗氧化酶类,主要参与加速体内自由基的分解;第二类为非酶类抗氧化剂,主要为分布于血液中含有巯基的白蛋白、半胱氨酸和高半胱氨酸;第三类为谷胱甘肽为代表的非酶类小分子物质。


如何预防奶牛氧化应激的发生是目前的研究热点,预防奶牛氧化应激主要通过在奶牛日粮中添加抗氧化功能调节剂,主要的包括还原性物质、微量元素以及中草药添加剂。还原性物质主要为还原性维生素、半胱氨酸和谷胱甘肽等,VE已经开始用于奶牛的饲养生产,其它的该类物质对抗氧化功能的影响目前还鲜有报道。抗氧化微量元素添加剂主要有不同形式的铜、锌、锰、硒等。以富含硒、铜、锌、锰牧草喂饲处于亚临床微量元素不足的奶牛,奶牛血中铜、锌、硒元素含量有显著的增加,血清GSH-PxSOD、铜蓝蛋白(CP)、T-AOC等抗氧化指标有较明显的提高。吴显实等(2010)通过在奶牛日粮中添加富硒益生菌,发现奶牛血液中GSH-PX活性显著升高,而MDA水平显著降低,可以有效的提高奶牛的抗氧化功能。铜、锌可以增强奶牛的抗氧化功能,保护上皮组织的完整性防止感染,维生素Aβ-胡萝卜素可以维持粘膜功能以及发挥抗氧化功能。预防奶牛产生热应激也可以减少奶牛氧化应激的发生。

(参考文献略)

 

(责任编辑:zhairuina)
分享到:
 
上一篇:乳酸菌在青贮饲料生产中的应用
下一篇:围产期奶牛需要更多空间和舒适度

设置首页- 招贤纳士- 广告服务- 访客资讯- 联系我们- 保护隐私权- 免责声明- 公司介绍- 网站地图
Copyright © 2011 Niu305.com Inc. All Rights Reserved. 厚实顿 版权所有 京ICP备17071056号 点击这里给我发消息