鄒蘇萍，郝 寧，陶煥青，明鵬飛，徐怡鐘，梁 婷，馮士彬，王希春，吳金節(jié)，李 玉

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 動物科技學(xué)院，合肥 230036)

奶牛圍產(chǎn)期是以妊娠性非泌乳期到非妊娠性泌乳期的變化來定義的。這段時間跨越分娩前3周和后3周，產(chǎn)奶熱、胎衣不下、子宮炎、酮病、皺胃扭轉(zhuǎn)、跛行和臨床乳腺炎等疾病均會增加奶牛酮病的發(fā)生率[1]。當(dāng)奶牛處于能量負(fù)平衡(negative energy balance，NEB)狀態(tài)時，機(jī)體通過動員脂肪能量庫以及使骨骼肌成為利用脂肪衍生能量[如非酯化脂肪酸(non-esterified fatty acids，NEFAs)和酮體]的主要位置，從而為胎兒代謝和乳糖的合成提供能量[2]。奶牛酮病、脂肪肝發(fā)生過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是脂肪酸氧化途徑，脂肪酸在肝臟中不完全氧化的產(chǎn)物為酮體(乙酰乙酸、β-羥丁酸、BHBA及丙酮)。由于酮體不能在肝臟中利用，所以需要將其運送到其他組織中。正常的生理條件下，合成和利用酮體的濃度是相對恒定的。一旦這種平衡打破，將會誘發(fā)一系列問題。另外，當(dāng)圍產(chǎn)期奶牛在脂肪動員時產(chǎn)生過量的NEFAs，由于肝臟利用NEFAs的能力有限，導(dǎo)致脂肪肝的出現(xiàn)。研究表明，血液NEFAs濃度的升高，可誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的發(fā)生。本文主要從NEFAs的產(chǎn)生、代謝、脂毒性、細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以及NEFAs誘發(fā)的氧化應(yīng)激這幾個方面進(jìn)行綜述，為深入研究奶牛圍產(chǎn)期疾病的發(fā)病機(jī)制提供依據(jù)。

1 NEFAs的產(chǎn)生及水平

奶牛在圍產(chǎn)期的時候引發(fā)脂肪動員的發(fā)生，是為了適應(yīng)能量供應(yīng)不足而做出的調(diào)整。自身體能素質(zhì)低下的奶牛無法適應(yīng)這種調(diào)整，最終導(dǎo)致肝臟中酮體的生成大于其利用率，從而引發(fā)酮病[3-4]。相應(yīng)酶的作用與調(diào)節(jié)，把脂質(zhì)甘油三酯分解為甘油和NEFAs為細(xì)胞提供能量[5]。胞內(nèi)產(chǎn)生的NEFAs通過特定的受體運輸?shù)郊?xì)胞外[6]。NEFAs一旦到細(xì)胞外，大部分由白蛋白運輸入血，少部分是以散在單體形式存在于水溶液中[7]。實際上，血液NEFAs的濃度已經(jīng)被用來作為能量負(fù)平衡的檢測指標(biāo)。在哺乳期晚期和干乳期，NEFAs在血液中的平均濃度低于0.2 mmol//L。從分娩前14 d左右開始，NEFAs濃度開始逐漸升高，在分娩后10 d內(nèi)濃度達(dá)到最高值0.75 mmol/L，這要取決于脂肪動員的程度。當(dāng)NEFAs水平將超過1.0 mmol/L時，即為酮病奶牛[8]。圍產(chǎn)期奶牛血液NEFAs濃度的升高這一特征，也符合患有2-型糖尿病、新陳代謝綜合征和肥胖綜合征的患者[9-11]。因此，有效檢測NEFAs的水平對于奶牛的健康以及生長性能具有實質(zhì)性的意義。

2 NEFAs的細(xì)胞內(nèi)新陳代謝

NEFAs是由脂肪動員所產(chǎn)生的，可為不同組織細(xì)胞提供能量。研究表明，NEFAs是通過不同機(jī)制進(jìn)入到白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞[12]。NEFAs一旦到達(dá)細(xì)胞質(zhì)，有多種代謝方式。一些可以通過線粒體β氧化或者細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的同化方式作為產(chǎn)能的底物。NEFAs通過代謝產(chǎn)生的脂肪酸除了成為細(xì)胞膜磷脂質(zhì)的主要部分外，一些已知的脂肪酸能附著于蛋白質(zhì)而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，最普通的例子就是棕櫚酸化[13]。在這個反應(yīng)中，一個分子的棕櫚酸被某一蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)包圍，通過這一過程，蛋白質(zhì)改變了與脂質(zhì)雙分子層的結(jié)合能力，以及其在細(xì)胞內(nèi)的運輸和靶型[14]。因此，棕櫚酸化是在免疫應(yīng)答時白細(xì)胞激活的重要過程[15]。雖然在脂肪動員方面已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但是對于脂肪動員和免疫應(yīng)答這兩者之間的聯(lián)系還有待進(jìn)一步研究。

脂肪酸調(diào)控細(xì)胞內(nèi)某些基因的表達(dá)是通過與胞內(nèi)的特定受體結(jié)合來實現(xiàn)的，如過氧化物酶體激活受體(peroxisome proliferators-activatea receptors，PPARs)基因表達(dá)是核受體與啟動子特異性結(jié)合的結(jié)果[16]。不同細(xì)胞內(nèi)炎性應(yīng)答信號通路的調(diào)節(jié)可以通過某些飽和脂肪酸如棕櫚酸鹽和硬脂酸鹽(如肌管細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞)與其直接或者間接的相互作用來實現(xiàn)的。例如在核因子κB(NF-κB)信號通路中，在內(nèi)皮細(xì)胞中棕櫚酸和硬脂酸都可以激活γB激酶的抑制劑(IκB kinase-β，IKKβ)，因此NF-κB轉(zhuǎn)錄因子的活性增強(qiáng)[17-18]。棕櫚酸和硬脂酸是TLR-4的激動劑，TLR-4通路可以激活I(lǐng)KKβ[19]。而IKKβ的激活可以提高NF-κB轉(zhuǎn)錄因子的活性。在脂肪肝奶牛的中性粒細(xì)胞中，NEFAs上調(diào)TLR-4的表達(dá)，介導(dǎo)激活下游NF-κB通路[19]。這一研究進(jìn)展對于掌握奶牛機(jī)體的健康狀況具有重要意義。

3 NEFAs的脂毒性和細(xì)胞內(nèi)信號通路

3.1 脂毒性

脂毒性能導(dǎo)致異常脂肪沉積。異位脂肪沉積或者脂肪變性是由于非脂肪細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的脂肪累積。NEFAs、NEFAs相關(guān)Co-As、二酰甘油、甘油三酯和磷脂質(zhì)都是脂肪變性相關(guān)的常見脂肪代謝物。研究表明，這種癥狀在人的許多器官和組織均有發(fā)生[20]。脂肪肝是因為脂肪變性并伴有一定程度的脂肪動員，在畜牧業(yè)養(yǎng)殖過程中是一種非常常見的疾病[21]。肝細(xì)胞或其他細(xì)胞中有過多的脂肪代謝積累就會造成一定的理性損傷，如細(xì)胞器形態(tài)異變及數(shù)量上的降低[22]。

脂毒性能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或死亡。細(xì)胞的死亡和凋亡可以通過過多的NEFAs或者其他脂肪代謝物的積累被激發(fā)?？沟蛲鲆蜃覤cl-2可通過脂肪酸酰基Co-A和脂肪酸衍生物這些物質(zhì)來抑制和降低其活性，因此可以促進(jìn)凋亡[23]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力的刺激也會誘導(dǎo)凋亡，而NEFAs和其酰基Co-A就是影響這種作用的物質(zhì)。具體過程是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可折疊空間的折疊異常，其特點是特定蛋白翻譯能力的降低，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力的變化、線粒體膜電位和心磷脂的合成都可以激活凋亡過程的發(fā)生[24]，而細(xì)胞色素c則能夠促進(jìn)凋亡的發(fā)生，一旦被釋放到細(xì)胞質(zhì)中，凋亡級聯(lián)反應(yīng)就會不可逆轉(zhuǎn)[25]。

3.2 細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)

NEFAs在細(xì)胞內(nèi)的作用機(jī)制分為兩種類型：第一，NEFAs有改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能的能力，棕櫚?；褪且坏湫屠樱阎貦八岜容^集中于白細(xì)胞、肝細(xì)胞和脂肪細(xì)胞膜磷脂雙分子層，而圍產(chǎn)期與泌乳早期高濃度的棕櫚酸能夠通過棕櫚酸化激活白細(xì)胞[15, 26]。第二，NEFAs或其相關(guān)的?；せ钅承┬盘栟D(zhuǎn)導(dǎo)通路是通過與受體結(jié)合來實現(xiàn)的，例如細(xì)胞內(nèi)的NF-κB信號通路就是通過NEFAs激活的，活化的NF-κB信號通路能夠誘導(dǎo)特定細(xì)胞產(chǎn)生特定的黏附分子；此外該通路還可以增強(qiáng)細(xì)胞炎性應(yīng)答的反應(yīng)，通過該通路誘導(dǎo)特定因子和受體的轉(zhuǎn)錄來實現(xiàn)的[27-28]。

另外，一定濃度的棕櫚酸能夠激活大動脈內(nèi)皮細(xì)胞p38MAPK(p38 mitogen-actived protein kinases)信號通路，MAPK(mitogen-actived protein kinases)信號通路又能夠直接被NEFAs激活，進(jìn)而誘導(dǎo)凋亡[29-30]。這些研究進(jìn)展為脂肪肝奶牛的治療提供了新的治療靶點。NEFAs在MAPK信號通路中可能的作用機(jī)制如圖1所示。

4 NEFAs產(chǎn)生氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是指氧化劑和抗氧化劑在體內(nèi)的不平衡狀態(tài)。脂肪肝奶牛氧化與抗氧化檢測結(jié)果顯示，高NEFAs血癥引發(fā)氧化應(yīng)激[31]?；钚匝?Reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生有兩種途徑：1)在線粒體中，NEFAs及其?；鵆o-As能夠通過減慢電子傳遞鏈電子流速度來增加ROS的產(chǎn)生；2)當(dāng)被用作產(chǎn)能底物時，脂肪酸在β氧化的過程中增加ROS的產(chǎn)生[32]。而且在脂肪動員時，兩種效應(yīng)都會顯著的增強(qiáng)，而且身體狀況好且肥胖的奶牛脂肪動員效率比身體狀況差的奶牛高[33]。另外，肥胖奶牛的抗氧化能力比較低[34]。特殊的脂肪酸類型在β氧化時可以產(chǎn)生更多的ROS，如由脂肪酸β氧化的產(chǎn)物棕櫚酸經(jīng)過一系列的反應(yīng)，會產(chǎn)生大量的過氧化物，而脂肪酸其他的氧化途徑產(chǎn)生的產(chǎn)物，則會產(chǎn)生氧化物[35]。有研究表明氧化應(yīng)激會使線粒體的功能發(fā)生障礙，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[36-37]。相關(guān)實驗證明該機(jī)制是通過ROS-JNK/ERK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡實現(xiàn)的[31]。這些研究為進(jìn)一步了解、預(yù)防、治療脂肪肝奶牛提供了一定的理論基礎(chǔ)。

圖1 NEFAs誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路Fig 1 Signal transduction pathway of NEFAs-induced apoptosis

5 總結(jié)

圍產(chǎn)期奶牛由于需要大量的能量來產(chǎn)乳和孕育犢牛，很容易導(dǎo)致能量負(fù)平衡，圍產(chǎn)期奶牛尤其是肥胖奶牛的脂肪動員會加強(qiáng)。脂肪動員加強(qiáng)的結(jié)果是血漿NEFAs濃度和酮體濃度顯著升高，可能會導(dǎo)致酮病的發(fā)生。NEFAs具有脂毒性并且能夠通過影響NF-κB和MAPK等炎性通路和凋亡通路來調(diào)節(jié)細(xì)胞的炎性應(yīng)答和細(xì)胞凋亡。肝臟是脂肪代謝的主要器官，NEFAs及其他酮體濃度的升高對肝細(xì)胞的影響很大。NEFAs濃度的升高引起氧化應(yīng)激的產(chǎn)生，應(yīng)激的信號傳遞主要通過兩條通路介導(dǎo)，分別為JNK(jun N-terminal kinase)和p38通路。對脂肪動員產(chǎn)物NEFAs的產(chǎn)生、利用、作用的研究為進(jìn)一步了解酮病等脂代謝相關(guān)疾病的機(jī)理以及信號通路的研究奠定基礎(chǔ)，而NEFAs與促炎和促凋亡的具體調(diào)節(jié)機(jī)制目前尚不清楚，亟待更加深入地研究。

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