王凱軍　譚支良　張佩華　韓奇鵬

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,畜禽遺傳改良湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙410128；2.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙410125)

?

奶牛內(nèi)毒素的產(chǎn)生、影響和防控技術(shù)

王凱軍1,2譚支良2張佩華1*韓奇鵬1,2

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,畜禽遺傳改良湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙410128；2.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙410125)

內(nèi)毒素也稱為脂多糖，是革蘭氏陰性細(xì)菌死亡后或快速繁殖時(shí)細(xì)菌細(xì)胞壁破裂后釋放的一種物質(zhì)，在動(dòng)物機(jī)體中普遍存在，過量時(shí)導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)激。本文介紹了奶牛內(nèi)毒素產(chǎn)生的原因和作用機(jī)制及其對(duì)奶牛采食量，血液中蛋白質(zhì)、氨基酸，乳中乳蛋白、乳脂的影響，減少奶牛內(nèi)毒素的途徑，為降低內(nèi)毒素對(duì)奶牛生產(chǎn)的影響提供參考。

內(nèi)毒素；機(jī)制；奶牛；瘤胃酸中毒；防控技術(shù)

瘤胃酸中毒是奶牛生產(chǎn)中常見疾病之一，研究證實(shí)其與內(nèi)毒素密切相關(guān)。正常情況下，奶牛瘤胃內(nèi)和血液中普遍存在內(nèi)毒素，只是含量較低，對(duì)機(jī)體不會(huì)造成負(fù)面影響。不僅如此，內(nèi)毒素也存在于養(yǎng)殖場(chǎng)空氣、糞便和飼料中，有研究表明奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)空氣中內(nèi)毒素含量高達(dá)4 243 EU/m3[1-2]。內(nèi)毒素是生物免疫系統(tǒng)最強(qiáng)的誘導(dǎo)因子，能夠誘導(dǎo)許多細(xì)胞因子、趨化因子和其他炎性介質(zhì)[3]。給奶牛飼喂高精料飼糧使瘤胃積聚大量揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acid，VFA)，造成亞急性瘤胃酸中毒(subacute rumen acidosis,SARA)，同時(shí)奶牛瘤胃液pH下降，從而導(dǎo)致革蘭氏陰性細(xì)菌(Gram-negative bacteria,GNB)快速、大量地崩解，釋放內(nèi)毒素[4-5]。內(nèi)毒素是許多哺乳動(dòng)物細(xì)胞(巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞等)的促炎反應(yīng)的強(qiáng)效激活劑，引起全身性免疫反應(yīng)，并促進(jìn)SARA的發(fā)生[6]。內(nèi)毒素對(duì)奶牛的危害很大，進(jìn)入體內(nèi)的內(nèi)毒素可以導(dǎo)致奶牛發(fā)生一系列炎癥反應(yīng)。目前，內(nèi)毒素在奶牛體內(nèi)的遷移位點(diǎn)還不清楚，有待研究，相關(guān)研究將有望通過阻斷內(nèi)毒素的遷移來減少炎癥的發(fā)生。

1　奶牛內(nèi)毒素的產(chǎn)生及影響機(jī)制

1.1奶牛內(nèi)毒素的產(chǎn)生

目前我國大部分奶牛場(chǎng)選用玉米青貯和苜蓿作為奶牛粗料，為了滿足奶牛營養(yǎng)需要和高產(chǎn)奶量，普遍給奶牛飼喂高精料飼糧。高精低粗的飼糧結(jié)構(gòu)可引發(fā)瘤胃代謝異常[7-8]。大量精料被奶牛采食進(jìn)入瘤胃后，豐富的碳水化合物發(fā)酵，進(jìn)一步產(chǎn)生大量VFA和有機(jī)酸，引起奶牛瘤胃液pH降低。當(dāng)pH下降至5.2～5.6并持續(xù)3～5 h/d，即發(fā)生SARA。同時(shí)VFA在酸性環(huán)境下的吸收率降低，若pH繼續(xù)下降并低于5.2時(shí)，奶牛產(chǎn)生更為嚴(yán)重的急性瘤胃酸中毒(ARA)[9-10]。而在發(fā)生瘤胃酸中毒后，瘤胃內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的異常代謝產(chǎn)物，這些產(chǎn)物中就包括內(nèi)毒素、乳酸、組胺、色胺和乙醇等[11-12]。瘤胃內(nèi)內(nèi)毒素的釋放可以解釋為是由高精料飼糧導(dǎo)致瘤胃液pH降低，引發(fā)革蘭氏陰性菌死亡造成的[13-14]。試驗(yàn)表明，無論是瘤胃液體外培養(yǎng)還是給奶牛直接飼喂飼糧，高精料飼糧始終導(dǎo)致瘤胃液中內(nèi)毒素含量處在高水平，飼糧精粗比與內(nèi)毒素含量呈線性升高趨勢(shì)[4-5,11,15-18]。所以，奶牛產(chǎn)生內(nèi)毒素的原因是飼喂含大量碳水化合物的飼糧后，瘤胃微生物發(fā)酵產(chǎn)生大量VFA導(dǎo)致pH下降，結(jié)果引發(fā)SARA釋放大量內(nèi)毒素。

1.2內(nèi)毒素對(duì)奶牛的影響機(jī)制

內(nèi)毒素的生物學(xué)作用并不由本身引起，而是通過血液循環(huán)進(jìn)入機(jī)體后，誘導(dǎo)淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等多種組織細(xì)胞，使其釋放大量炎癥介質(zhì)[白細(xì)胞介素(IL)、腫瘤壞死因子(TNF)、凝血因子等)作用于機(jī)體，產(chǎn)生一系列反應(yīng)。研究表明，在奶牛酸中毒后，產(chǎn)生的異常代謝產(chǎn)物內(nèi)毒素首先進(jìn)入血液，通過循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入肝臟，肝臟的Kupfer細(xì)胞可以清除部分的內(nèi)毒素[19-20]。然而當(dāng)內(nèi)毒素大量進(jìn)入血液時(shí)，肝臟對(duì)其不能完全清除，進(jìn)一步誘發(fā)奶牛發(fā)生免疫反應(yīng)[21]。其在體內(nèi)的具體機(jī)制是內(nèi)毒素先與內(nèi)毒素結(jié)合蛋白(LBP)結(jié)合在一起，形成內(nèi)毒素-LBP復(fù)合物。然后，內(nèi)毒素-LBP復(fù)合物轉(zhuǎn)移至細(xì)胞表面的CD14受體，CD14介導(dǎo)單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等識(shí)別內(nèi)毒素，結(jié)合形成內(nèi)毒素-LBP-CD14復(fù)合體[20,22]。三者的復(fù)合體與之相應(yīng)的受體Toll樣受體4(TLR4)結(jié)合，然后激活核轉(zhuǎn)錄因子κB(NF-κB)，介導(dǎo)大量促炎性細(xì)胞因子的基因表達(dá)，使炎性細(xì)胞因子(IL-l、IL-6和TNF-α等)被釋放，致使機(jī)體產(chǎn)生一系列的病理性反應(yīng)[23-25]。

2　內(nèi)毒素對(duì)奶牛采食量、血液指標(biāo)和乳成分的影響

2.1干物質(zhì)采食量(DMI)

研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)毒素造成的炎癥反應(yīng)既可使奶牛DMI降低，還進(jìn)一步導(dǎo)致奶牛體重下降。Krajcarski-Hunt等[26]研究表明，健康奶牛對(duì)全混合日糧(TMR)的采食量比患SARA的奶牛高25%。Porter等[27]和Oetzel[28]研究證實(shí)，進(jìn)入血液的內(nèi)毒素引發(fā)機(jī)體免疫反應(yīng)，刺激單核/巨噬細(xì)胞系統(tǒng)，釋放TNF-α、花生四烯酸代謝產(chǎn)物、組胺等炎性細(xì)胞因子，阻礙機(jī)體對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，引起奶牛消化功能紊亂，不僅導(dǎo)致奶牛采食量下降，而且迫使機(jī)體大量利用體脂和糖原，二者結(jié)合使奶牛發(fā)生能量負(fù)平衡。能量負(fù)平衡可引發(fā)奶牛的消瘦病，奶牛的體重也會(huì)不斷下降[29]。

2.2血液中蛋白質(zhì)和氨基酸

奶牛飼喂高精料飼糧發(fā)生SARA時(shí)，瘤胃液中內(nèi)毒素含量升高，產(chǎn)生的內(nèi)毒素可轉(zhuǎn)運(yùn)至血液中。因此，SARA可使外周血液中的內(nèi)毒素含量顯著升高[4-5,15]。奶牛血液中內(nèi)毒素含量隨飼糧中精料所占的百分比而升高[30]。

在血液蛋白質(zhì)方面，許多研究表明，瘤胃酸中毒可引起血液中急性期蛋白如C-反應(yīng)蛋白(CRP)、結(jié)合珠蛋白(Hp)、LBP、血清淀粉樣蛋白A(SAA)的含量上升[15-16,31]。值得一提的是，內(nèi)毒素誘發(fā)機(jī)體產(chǎn)生急性期反應(yīng)后，血液鈣能夠穩(wěn)定急性期反應(yīng)所表達(dá)的急性期蛋白結(jié)構(gòu)，最突出的是穩(wěn)定SAA的結(jié)構(gòu)。同時(shí)血液鈣促進(jìn)SAA積聚在組織器官上，消除血液中一部分內(nèi)毒素[17,32-33]。Zebeli等[13]研究表明，乳脂的產(chǎn)量與CRP含量呈負(fù)相關(guān)；而瘤胃液中內(nèi)毒素含量與CRP含量呈正相關(guān)[17]。有研究者認(rèn)為，這與CRP直接參與脂質(zhì)和脂蛋白的代謝有關(guān)，而且有劑量效應(yīng)[34]。

在血液氨基酸方面，內(nèi)毒素的釋放使血液中的天冬酰氨(Asn)、谷氨酸(Glu)、色氨酸(Trp)、蛋氨酸(Met)、異亮氨酸(Ile)、絲氨酸(Ser)、賴氨酸(Lys)、亮氨酸(Leu)、苯丙氨酸(Phe)、甘氨酸(Gly)、蘇氨酸(Thr)和纈氨酸(Val)的含量下降，而半胱氨酸(Cys)、谷氨酰胺(Gln)、天冬氨酸(Asp)和組氨酸(His)的含量基本不變[35-36]。Gln是第一限制性氨基酸，對(duì)燒傷小鼠的研究表明，當(dāng)小鼠產(chǎn)生免疫應(yīng)激后會(huì)減少能量的攝入，導(dǎo)致分解機(jī)體自身組織，Gln含量因此降低[37]，但在奶牛方面還沒有報(bào)道。動(dòng)物產(chǎn)生免疫反應(yīng)后血液中的氨基酸要先用于合成急性期蛋白，由于急性期蛋白含有較多的Trp、Phe、Lys、Ser和Cys[38]，從而導(dǎo)致這幾種氨基酸含量下降，而Ile、Leu和Val含量的下降可能是由于它們影響能量的產(chǎn)生與抗體的生成[39]。由于Thr是免疫球蛋白的組成成分，所以可能導(dǎo)致了Thr含量的下降[40]。綜上，內(nèi)毒素誘發(fā)奶牛產(chǎn)生免疫應(yīng)激，導(dǎo)致奶牛血液中急性期蛋白含量上升和部分氨基酸含量下降。由于奶牛發(fā)生SARA后內(nèi)毒素對(duì)血液中氨基酸含量的變化規(guī)律研究很少，對(duì)于內(nèi)毒素影響氨基酸的機(jī)制屬于空白領(lǐng)域，有待進(jìn)一步研究。

2.3乳脂和乳蛋白

內(nèi)毒素進(jìn)入機(jī)體后引起的免疫反應(yīng)可導(dǎo)致營養(yǎng)素進(jìn)行重新分配，使?fàn)I養(yǎng)素更多用于免疫反應(yīng)，從而減少進(jìn)入乳腺的營養(yǎng)素，因此干擾了乳腺中乳成分的合成[41]。Zebeli等[13]研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)毒素含量的升高導(dǎo)致乳脂率和乳脂產(chǎn)量均下降。Waldron等[42]證實(shí)內(nèi)毒素誘導(dǎo)產(chǎn)生的促炎因子引發(fā)嗜中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的溶酶體破裂，導(dǎo)致體細(xì)胞蛋白酶的釋放，造成了乳中的酪蛋白被降解。原利榮[43]研究表明，不同含量的內(nèi)毒素均極顯著降低奶牛乳腺組織中乳脂合成相關(guān)基因[乙酰輔酶A羧化酶-α(ACACA)、脂肪酸合成酶(FASN)和長鏈酯酰輔酶A合成酶3(ACSL3)]的表達(dá)量。當(dāng)內(nèi)毒素含量達(dá)到10 ng/mL后，乳腺組織中酪蛋白合成量極顯著降低，并且內(nèi)毒素極顯著降低了奶牛乳腺組織中乳蛋白基因[αS1-酪蛋白(CSN1S1)、β-酪蛋白(CSN2)]的表達(dá)量。一方面，乳脂的降低是由于內(nèi)毒素能刺激肝臟產(chǎn)生促炎因子如IL-1、IL-6和TNF-α，這些促炎因子反過來激活肝功能受體，通過TLR4和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶激酶1/2(MEK1/2)-細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)路徑刺激脂肪細(xì)胞加速脂質(zhì)的水解，降低乳脂的合成[24,44]。另一方面，內(nèi)毒素影響蛋白質(zhì)合成通路哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶點(diǎn)(mTOR)和Janus激酶2/轉(zhuǎn)錄激活因子5(JAK2/STAT5)通路，干擾了乳蛋白合成所需的氨基酸，降低了乳蛋白率[45]。奶牛發(fā)生SARA后，內(nèi)毒素促進(jìn)脂解作用和影響蛋白質(zhì)通路的機(jī)制目前雖未解釋清楚，但研究結(jié)果表明內(nèi)毒素增加了機(jī)體的脂類代謝，以抵抗內(nèi)毒素對(duì)奶牛引起的炎癥反應(yīng)，其結(jié)果導(dǎo)致乳脂率和乳蛋白率均降低。

3　奶牛內(nèi)毒素的防控技術(shù)

3.1乳酸處理飼料

由于高精料飼糧引起的SARA導(dǎo)致革蘭氏陰性菌的崩解而釋放大量內(nèi)毒素，所以主要手段是調(diào)控奶牛瘤胃液pH，減少SARA的發(fā)生。有研究表明，乳酸處理法既安全又便宜，乳酸能夠改變淀粉的結(jié)構(gòu)使其在瘤胃不易消化，用乳酸浸濕過的玉米飼喂奶牛后，縮短了瘤胃液pH低于5.8的時(shí)間，有效防止了SARA的產(chǎn)生[46-47]。此處理方法是在精料中加入同體積的水，再用0.5%～1.0%的乳酸浸泡一段時(shí)間，也可以在溫度為55 ℃時(shí)熱處理48 h，之后配成TMR飼喂奶牛。該方法使谷物在瘤胃中的發(fā)酵速率減緩，增加過瘤胃淀粉的含量，因此可降低瘤胃液VFA含量，維持瘤胃液pH在較高水平。革蘭氏陰性菌在瘤胃液高水平的pH下保持相對(duì)穩(wěn)定，最終瘤胃產(chǎn)生的內(nèi)毒素減少。此外，高水平的pH促進(jìn)了瘤胃壁對(duì)LPS的屏障作用。該研究也指出長期用乳酸浸泡的谷物飼喂奶牛無不利影響。而且用乳酸處理過的飼料，精料含量即使達(dá)到干物質(zhì)的45%也不會(huì)誘發(fā)SARA，與之相反，奶牛乳脂率、產(chǎn)奶量、利用年限等都將得到提升。

3.2飼糧含有充足的物理有效中性洗滌纖維(peNDF)

Mertens[48]將peNDF定義為：飼糧中能夠促進(jìn)瘤胃液相和固相分層并影響反芻動(dòng)物咀嚼的中性洗滌纖維(NDF)。史仁煌等[49]研究證實(shí)，peNDF影響反芻動(dòng)物咀嚼和瘤胃緩沖，是穩(wěn)定瘤胃液pH的重要因素。Caccamo等[50]和郭勇慶等[51]研究指出，降低飼糧粗料比例或減少粗料長度可以減少peNDF，低peNDF可使唾液分泌量和瘤胃中和能力下降，減少反芻時(shí)間，最終使瘤胃液pH下降，增加了SARA發(fā)生的概率。為保證飼糧peNDF的需求，按照NRC(2001)[52]奶牛飼糧中至少應(yīng)含25%NDF，其中飼草所含NDF占75%。Mertens[48]指出泌乳奶牛飼糧peNDF應(yīng)大于15%。Hall等[53]試驗(yàn)表明，以干物質(zhì)為基礎(chǔ)，當(dāng)?shù)矸邸每扇苄岳w維∶糖類為40∶20∶1時(shí)，飼喂效果最好。所以，奶牛應(yīng)采用TMR飼喂，以保證飼糧中的peNDF水平，充足的peNDF有利于瘤胃液pH的穩(wěn)定，進(jìn)而減少了SARA的發(fā)生，最終影響內(nèi)毒素的釋放。

3.3其他相關(guān)研究進(jìn)展

Van Vugt等[54]研究表明，莫能菌素通過影響乳酸和VFA含量改變瘤胃液pH，控制瘤胃發(fā)酵，并且在動(dòng)物體內(nèi)殘留量少，安全性比較高。精料中添加30 mg/kg莫能菌素可降低SARA的發(fā)生。但韓金濤[55]研究指出，莫能菌素在降低乳酸產(chǎn)生菌活性的同時(shí)降低了乙酸與丁酸的比例，因此減少了乳腺合成脂肪酸的前體物質(zhì)，所以莫能菌素也會(huì)影響乳脂率。McLaughlin等[56]和Speight等[57]研究指出，添加阿卡波糖可降低VFA含量，有效降低瘤胃中的乳酸含量，提高瘤胃液pH。Blanch等[58]研究表明，奶牛飼糧中添加0.75 g/d的阿卡波糖能有效地減少瘤胃液pH<5.6的持續(xù)時(shí)間。王立志[59]試驗(yàn)表明，每千克干物質(zhì)飼糧補(bǔ)飼4 g酵母培養(yǎng)物和0.3 g酵母硒能顯著增加奶牛產(chǎn)奶量和乳蛋白率，同時(shí)降低血液中內(nèi)毒素含量。Gln是一種高效抗氧化劑，其代謝產(chǎn)物谷胱甘肽發(fā)揮抗氧化作用。谷胱甘肽能阻止炎性介質(zhì)進(jìn)入機(jī)體細(xì)胞，同時(shí)減少內(nèi)毒素，提高機(jī)體免疫力[60]。幼鼠腹腔注射Gln試驗(yàn)表明，Gln可阻礙內(nèi)毒素-LBP與CD14形成復(fù)合物，使NF-κB不被激活，進(jìn)而阻止TLR與內(nèi)毒素結(jié)合，抑制炎癥介質(zhì)的合成與釋放，使腸黏膜免受損傷[61]，但在減少奶牛內(nèi)毒素方面還未見報(bào)道。以上研究雖然在控制內(nèi)毒素方面做出了努力，但目前沒有一種很實(shí)用且有效的方法去規(guī)避內(nèi)毒素的釋放，有待于進(jìn)一步探究。

4　小　結(jié)

綜上所述，內(nèi)毒素導(dǎo)致奶牛采食量、體重下降，產(chǎn)奶量和乳蛋白率、乳脂率降低。內(nèi)毒素與奶牛SARA息息相關(guān)，雖然關(guān)于奶牛酸中毒與SARA產(chǎn)生內(nèi)毒素的文獻(xiàn)報(bào)道為數(shù)不多，但該病卻普遍存在并對(duì)奶牛業(yè)帶來巨大損失。從防控奶牛體內(nèi)內(nèi)毒素的方法可知，雖然用乳酸處理飼料試驗(yàn)結(jié)果很有效，但還缺乏大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)去支撐。因此，有必要研究內(nèi)毒素的致病機(jī)理和信號(hào)通路，從源頭上規(guī)避內(nèi)毒素的產(chǎn)生，為解決內(nèi)毒素引起的一系列病理生理等炎癥反應(yīng)提供依據(jù)。

[1]DUNGAN R S,LEYTEM A B,BJORNEBER D L.Concentrations of airborne endotoxin and microorganisms at a 10,000-cow open-freestall dairy[J].Journal of Animal Science,2011,89(10):3300-3309.

[2]MILLNER P D.Bioaerosols associated with animal production operations[J].Bioresource Technology,2009,100(22):5379-5385.

[3]DAVYDOVA V N,VOLOD’KO A V,SOKOLOVA E V,et al.The supramolecular structure of LPS-chitosan complexes of varied composition in relation to their biological activity[J].Carbohydrate Polymers,2015,123:115-121.

[4]LI S,KHAFIPOUR E,KRAUSE D O,et al.Effects of subacute ruminal acidosis challenges on fermentation and endotoxins in the rumen and hindgut of dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2012,95(1):294-303.

[5]LI S,KROEKER A,KHAFIPOUR E,et al.Effects of subacute ruminal acidosis challenges on lipopolysaccharide endotoxin (LPS) in the rumen,cecum,and feces of dairy cows[J].Journal of Animal Science,2010,88(Suppl.2):433-434.

[6]KHAFIPOUR E,LI S C,PLAIZIERJ C,et al.Rumen microbiome composition determined using two nutritional models of subacute ruminal acidosis[J].Applied Environmental Microbiology,2009,75(22):7115-7124.

[7]PLAIZIER J C,KHAFIPOUR E,LI S,et al.Subacute ruminal acidosis(SARA),endotoxins and health consequences[J].Animal Feed Science and Technology,2012,172(1/2):9-21.

[8]DONG G Z,LIU S M,WU Y X,et al.Diet-induced bacterial immunogens in the gastrointestinal tract of dairy cows:impacts on immunity and metabolism[J].Acta Veterinaria Scandinavica,2011,53(1):48.

[9]RUSTOMO B,ALZAHAL O,ODONGO N E,et al.Effects of rumen acid load from feed and forage particle size on ruminal pH and dry matter intake in the lactating dairy cow[J].Journal of Dairy Science,2006,89(12):4758-4768.

[10]GOZHO G N,PLAIZIER J C,KRAUSE D O,et al.Subacute ruminal acidosis induces ruminal lipopolysaccharide endotoxin release and triggers an inflammatory response[J].Journal of Dairy Science,2005,88(4):1399-1403.

[11]KHAFIPOUR E,KRAUSE D O,PLAIZIER J C.Alfalfa pellet-induced subacute ruminal acidosis in dairy cows increases bacterial endotoxin in the rumen without causing inflammation[J].Journal of Dairy Science,2009,92(4):1712-1724.

[12]NAGARAJA T G,TITGEMEYER E C.Ruminal acidosis in beef cattle:the current microbiological and nutritional outlook[J].Journal of Dairy Science,2007,90:E17-E38.

[13]ZEBELI Q,AMETAJ B N.Relationships between rumen lipopolysaccharide and mediators of inflammatory response with milk fat production and efficiency in dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2009,92(8):3800-3809.

[14]ZEBELI Q,DUNN S M,AMETAJ B N,et al.Perturbations of plasma metabolites correlated with the rise of rumen endotoxin in dairy cows fed diets rich in easily degradable carbohydrates[J].Journal of Dairy Science,2011,94(5):2374-2382.

[15]KHAFIPOUR E,KRAUSE D O,PLAIZIERJ C.A grain-based subacute ruminal acidosis challenge causes translocation of lipopolysaccharide and triggers inflammation[J].Journal of Dairy Science,2009,92(3):1060-1070.

[16]GOZHO G N,KRAUSE D O,PLAIZIER J C.Rumen lipopolysaccharide concentration and inflammatory response during grain-induced subacute ruminal acidosis in dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2007,90(2):856-866.

[17]EMMANUEL D G V,DUNN S M,AMETAJ B N.Feeding high proportions of barley grain stimulates an inflammatory response in dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2008,91(2):606-614.

[18]ZHOU J,DONG G Z,AO C J,et al.Feeding a high-concentrate corn straw diet increased the release of endotoxin in the rumen and pro-inflammatory cytokines in the mammary gland of dairy cows[J].BMC Veterinary Research,2014,10:172.

[19]SATOH M,ANDO S,SHINODA T,et al.Clearance of bacterial lipopolysaccharides and lipid A by the liver and the role of arginino-succinate synthase[J].Innate Immunity,2008,14(1):51-60.

[20]TOMLINSON J E,BLICKSLAGER A T.Interactions between lipopolysaccharide and the intestinal epithelium[J].Journal of the American Veterinary Medical Association,2004,224(9):1446-1452.

[21]ANDERSEN P H,HESSELHOLT M,JARL?V N.Endotoxin and arachidonic acid metabolites in portal,hepatic and arterial blood of cattle with acute ruminal acidosis[J].Acta Veterinaria Scandinavica,1994,35(3):223-234.

[22]WRIGHT S D,RAMOS R A,TOBIAS P S,et al.CD14,a receptor for complexes of Lipopolysaccharide (LPS) and LPS binding protein[J].Science,1990,249(4975):1431-1433.

[23]GUHA M,MACKMAN N.LPS induction of gene expression in human monocytes[J].Cellular Signalling,2001,13(2):85-94.

[24]SWEET M J,HUME D A.Endotoxin signal transduction in macrophages[J].Journal of Leukocyte Biology,1996,60(1):8-26.

[25]李從青,姚潔,劉長明,等.內(nèi)毒素對(duì)妊娠期糖尿病患者外周血單核細(xì)胞TLR4 mRNA及NF-κB mRNA表達(dá)的影響[J].安徽醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),2011,46(3):254-257.

[26]KRAJCARSKI-HUNT H,PLAIZIR J C,WALTON J P,et al.Short communication:effect of subacute ruminal acidosis on in situ fiber digestion in lactating dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2002,85(3):570-573.

[27]PORTER M H,ARNOLD M,LANGHANS W.TNF-α tolerance blocks LPS-induced hypophagia but LPS tolerance fails to prevent TNF-α-induced hypophagia[J].American Journal of Physiology:Regulatory,Integrative and Comparative Physiology,1998,274(3):R741-R745.

[28]OETZEL G R.Clinical aspects of ruminal acidosis in dairy cattle[C]//Proceedings of the 33rd annual convention of the american association of bovine practitioner.Rapid City:[s.n.],2000:46-53.

[29]AMETAJ B N,EMMANUEL D G V,ZEBELI Q,et al.Feeding high proportions of barley grain in a total mixed ration perturbs diurnal patterns of plasma metabolites in lactating dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2009,92(3):1084-1091.

[30]張瑞陽,王東升,朱偉云,等.奶牛靜脈血內(nèi)毒素濃度及其與產(chǎn)奶量的相關(guān)性[J].動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào),2012,24(5):822-827.

[31]BALDWIN Ⅵ R L.Use of isolated ruminal epithelial cells in the study of rumen metabolism[J].The Journal Nutrition,1998,128(2):293S-296S.

[32]PLAIZIER J C,KRAUSE D O,GOZHO G N,et al.Subacute ruminal acidosis in dairy cows:the physiological causes,incidence and consequences[J].The Veterinary Journal,2008,176(1):21-31.

[33]DREWE J,BEGLINGER C,FRICKER G.Effect of ischemia on intestinal permeability of lipopolysaccharides[J].European Journal of Clinical Investigation,2001,31(2):138-144.

[34]KHOVIDHUNKIT W,KIM M S,MEMON R A,et al.Thematic review series:the pathogenesis of Atherosclerosis.Effects of infection and inflammation on lipid and lipoprotein metabolism mechanisms and consequences to the host[J].Journal of Lipid Research,2004,45:1169-1196.

[35]WAGGONER J W,L?EST C A,TURNER J L,et al.Effects of bacterial endotoxin and dietary protein on serum hormones and plasma amino acids in growing steers[J].American Society of Animal Science,2007,85(1):348-351.

[36]WAGGONER J W,L?EST C A,MATHIS C P,et al.Effects of rumen-protected methionine supplementation and bacterial lipopolysaccharide infusion on nitrogen metabolism and hormonal responses of growing beef steers[J].Journal of Animal Science,2009,87(2):681-692.

[37]YEH S L,SHANG H F,LIN M T,et al.Effects of dietary glutamine on antioxidant enzyme activity and immune response in burned mice[J].Nutrition,2003,19(10):880-885.

[38]REEDS P J,JAHOOR F.The amino acid requirements of disease[J].Clinical Nutrition,2001,20:15-22.

[39]CALDER P C.Branched-chain animo acids and immunity[J].Journal of Nutrition,2006,136(1):288S-293S.

[40]TENENHOUSE H S,DEUTSCH H F.Some physical-chemical properties of chicken γ-globulins and their pepsin and papain digestion products[J].Immunochemistry,1996,3(1):11-20.

[41]董國忠,周俊,章森,等.瘤胃異常代謝產(chǎn)物內(nèi)毒素對(duì)奶牛免疫、代謝和泌乳的影響[C]//動(dòng)物營養(yǎng)研究進(jìn)展.重慶:中國畜牧獸醫(yī)學(xué)會(huì)動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)分會(huì),2012:151-159.

[42]WALDRON M R,NISHIDA T,NONNECKE B J,et al.Effect of lipopolysaccharide on indices of peripheral and hepatic metabolism in lactating cows[J].Journal of Dairy Science,2003,86(11):3447-3459.

[43]原利榮.內(nèi)毒素對(duì)奶牛乳腺組織免疫活化狀態(tài)及乳脂肪和乳蛋白合成的影響及其控制[D].碩士學(xué)位論文.重慶:西南大學(xué),2015:19-20.

[44]ZU L X,HE J H,JIANG H F,et al.Bacterial endotoxin stimulates adipose lipolysis via Toll-like receptor 4 and extracellular signal-regulated kinase pathway[J].The Journal of Biological Chemistry,2009,284(9):5915-5926.

[45]臧長江,張養(yǎng)東,王加啟,等.脂多糖對(duì)泌乳奶牛乳中氨基酸組成及蛋白質(zhì)代謝相關(guān)基因表達(dá)的影響[J].動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào),2012,24(9):1770-1777.

[46]IQBAL S,ZEBELI Q,MAZZOLARI A,et al.Feeding barley grain steeped in lactic acid modulates rumen fermentation patterns and increases milk fat content in dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2009,92(12):6023-6032.

[47]IQBAL S,ZEBELI Q,MAZZOLARI A,et al.Feeding rolled barley grain steeped in lactic acid modulated energy status and innate immunity in dairy cows[J].Journal of Dairy Science,2010,93(11):5147-5156.

[48]MERTENS D R.Creating a system for meeting the fiber requirements of dairy cows[J].Journal of Dairy Science,1997,80(7):1463-1481.

[49]史仁煌,董雙釗,付瑤,等.日糧NDF和peNDF對(duì)奶牛營養(yǎng)作用的研究進(jìn)展[J].中國畜牧雜志,2015,51(15):83-87.

[50]CACCAMO M,FERGUSON J D,VEERKAMP R F,et al.Association of total mixed ration particle fractions retained on the Penn State Particle Separator with milk,fat,and protein yield lactation curves at the cow level[J].Journal of Dairy Science,2014,97(4):2502-2511.

[51]郭勇慶,劉進(jìn)軍,劉潔,等.通過提高日糧peNDF含量調(diào)控奶牛亞急性瘤胃酸中毒[J].中國奶牛,2014(14):5-7.

[52]NRC.Nutrient requirements of dairy cattle[S].7th ed.Washington,D.C.:National Academy Press,2001.

[53]HALL M B,HOOVER W H,JENNINGS J P,et al.A method for partitioning neutral detergent-soluble carbohydrates[J].Journal of the Science of Food and Agriculture,1999,79(15):2079-2086.

[54]VAN VUGT S J,WAGHORN G C,CLARK D A,et al.Impact of monensin on methane production and performance of cows fed forage diets[J].Proceedings of the New Zealand Society of Animal Production,2005,65(3):362-366.

[55]韓金濤.短期和長期添加莫能菌素對(duì)山羊甲烷產(chǎn)量和瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響[D].碩士學(xué)位論文.楊凌:西北農(nóng)林科技大學(xué),2014:10-11.

[56]MCLAUGHLIN C L,THOMPSON A,GREENWOOD K,et al.Effect of acarbose on acute acidosis[J].Journal of Dairy Science,2009,92(6):2758-2766.

[57]SPEIGHT S M,HARMON D L.Batch culture evaluation of carbohydrase inhibitors to mode- rate rumen fermentation[J].Animal Feed Science and Technology,2010,155(2/3/4):156-162.

[58]BLANCH M,CALSAMIGLIA S,DEVANT M,et al.Effects of acarbose on ruminal fermentation,blood metabolites and microbial profile involved in ruminal acidosis in lactating cows fed a high-carbohydrate ration[J].Journal of Dairy Research,2010,77(1):123-128.

[59]王立志.熱應(yīng)激對(duì)奶牛、奶山羊體內(nèi)內(nèi)毒素含量的影響及緩解熱應(yīng)激的營養(yǎng)技術(shù)研究[D].博士學(xué)位論文.雅安:四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2010:66-70.

[60]XU Y,NGUYEN Q,LO D C,et al.C-myc-dependent hepatoma cell apoptosis results from oxidative stress and not a deficiency of growth factors[J].Journal of Cellular Physiology,1997,170(2):192-199.

[61]荊科,孫梅.谷氨酰胺對(duì)腸組織TLR2、4及NF-κB的調(diào)節(jié)與內(nèi)毒素致腸損傷保護(hù)作用的關(guān)系[J].世界華人消化雜志,2011,19(21):2220-2225.

*Corresponding author, associate professor, E-mail: peiqin41-@163.com

(責(zé)任編輯王智航)

Endotoxin in Dairy Cattle: Production， Effects and Control Technology

WANG Kaijun1,2TAN Zhiliang2ZHANG Peihua1*HAN Qipeng1,2

(1. Hunan Provincial Key Laboratory for Genetic Improvement of Domestic Animal, College of Animal Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128 ,China 2. Institute of Subtropical Agriculture, Key Laboratory of Agro-Ecological Processes in Subtropical Region, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125,China)

Endotoxin, also known as lipopolysaccharide, is produced when the gram-negative bacteria are dead or multiply rapidly. It commonly exists in ruminants and results in immunological stress when overdose. This article elaborated the production and action mechanism of endotoxin in dairy cattle, the effects on feed intake, proteins and amino acids in blood, milk protein and milk fat, and the ways to decrease endotoxin in dairy cattle, which will give help for decreasing endotoxin in dairy cattle production.[ChineseJournalofAnimalNutrition, 2016, 28(9)：2695-2701]

endotoxin; mechanism; dairy cattle; ruminal acidosis; control technology

10.3969/j.issn.1006-267x.2016.09.005

2016-03-21

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(31372342)；國家科技支撐計(jì)劃課題(2012BAD14B17)；中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃(STS計(jì)劃)課題(KFJ-EW-STS-071)

王凱軍(1992—)，男，甘肅天水人，碩士研究生，從事動(dòng)物營養(yǎng)與飼料科學(xué)研究。E-mail: kj-wang@foxmail.com

張佩華，副教授，碩士生導(dǎo)師，E-mail: peiqin41-@163.com

S823

A

1006-267X(2016)09-2695-07