李 瀟 胡亞鵬 程建波 卓 釗

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

隨著全球氣候變暖趨勢(shì)的發(fā)展,以及奶牛產(chǎn)奶量的日益提高,夏季熱應(yīng)激發(fā)生的強(qiáng)度和頻率不斷增加,高溫環(huán)境對(duì)奶牛健康和奶業(yè)生產(chǎn)造成的影響也更加嚴(yán)重。泌乳奶牛的熱負(fù)荷會(huì)隨著產(chǎn)奶相關(guān)的代謝產(chǎn)熱增加和炎熱條件下機(jī)體散熱能力變差而顯著增加,這種熱量增加又進(jìn)一步影響了高產(chǎn)奶牛在熱應(yīng)激條件下維持體溫恒定的能力[1]。因此,越是高產(chǎn)的奶牛,對(duì)熱應(yīng)激也就越敏感,熱應(yīng)激直接造成的奶牛經(jīng)濟(jì)效益損失,始終是生產(chǎn)中面臨的一個(gè)重大問(wèn)題。

硒(selenium,Se)是動(dòng)物體必需的微量元素之一,在動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖、免疫等方面都具有重要的作用。目前畜禽飼糧中添加的硒主要有無(wú)機(jī)硒、有機(jī)硒和納米硒3種形式。研究表明,飼糧中添加硒能有效提高奶牛的產(chǎn)奶量和機(jī)體的抗氧化能力,對(duì)奶牛夏季熱應(yīng)激的緩解具有積極的作用[2]。本文以近幾年的研究為基礎(chǔ),綜述了熱應(yīng)激對(duì)奶牛的危害及其防治措施、飼糧添加硒對(duì)奶牛的影響及其對(duì)熱應(yīng)激的緩解,以及硒緩解熱應(yīng)激可能的作用機(jī)制,旨在為奶牛熱應(yīng)激的防治以及硒產(chǎn)品的合理使用提供參考。

1 熱應(yīng)激對(duì)奶牛的危害及其防治措施

熱應(yīng)激是指高溫、高濕的外界環(huán)境超過(guò)了動(dòng)物生理承受范圍,機(jī)體不能通過(guò)代謝和散熱來(lái)維持體溫恒定,在引起動(dòng)物體溫升高的同時(shí),誘發(fā)機(jī)體產(chǎn)生一系列非特異性生理反應(yīng)[3]。奶牛對(duì)高溫敏感,熱應(yīng)激條件下,奶牛出現(xiàn)體溫升高、呼吸加快、躺臥時(shí)間縮短及站立時(shí)間延長(zhǎng)等行為變化,為了降低代謝產(chǎn)熱,還會(huì)減少瘤胃蠕動(dòng)、降低采食量,引起機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收利用率下降、內(nèi)分泌代謝紊亂,從而導(dǎo)致產(chǎn)奶量顯著下降等一系列問(wèn)題[4]。生產(chǎn)中對(duì)奶牛熱應(yīng)激的評(píng)定,一般采用溫濕指數(shù)(temperature-humidity index,THI)作為判定指標(biāo),THI在72～79被認(rèn)為會(huì)引起輕度熱應(yīng)激,THI在79～89被認(rèn)為會(huì)引起中度熱應(yīng)激,THI超過(guò)89則會(huì)引起嚴(yán)重?zé)釕?yīng)激[5]。Ranjitkar等[6]研究表明,即使在中國(guó)北方,6、7、8月份的THI仍然高于生產(chǎn)閾值,奶牛面臨著熱應(yīng)激風(fēng)險(xiǎn)。2008—2016年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示,基于THI計(jì)算的奶牛產(chǎn)奶量損失在2016年7月每天是0.7～4 kg,預(yù)計(jì)2050年因?yàn)闊釕?yīng)激損失的產(chǎn)奶量將達(dá)到每天1.5～6.5 kg,2070年將達(dá)到每天2～7.2 kg[6]。

熱應(yīng)激除了直接降低奶牛的產(chǎn)奶量外,還會(huì)對(duì)乳成分造成影響,降低乳中乳蛋白、乳脂和乳糖含量,導(dǎo)致奶牛出現(xiàn)“乳蛋白降低癥”[7]。此外,熱應(yīng)激還會(huì)誘導(dǎo)奶牛機(jī)體產(chǎn)生大量自由基和過(guò)氧化物,激發(fā)機(jī)體炎癥反應(yīng),進(jìn)而影響機(jī)體的抗氧化能力和免疫能力[8]。熱應(yīng)激降低了奶牛血液中葡萄糖和胰島素的含量以及谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase,GPx)的活性,同時(shí)增加了非酯化脂肪酸(nonestesterified fatty acid,NEFA)和丙二醛(malondialdehyde,MDA)的含量[9]。熱應(yīng)激條件下奶牛還易發(fā)生各種炎癥反應(yīng),導(dǎo)致白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)等炎癥因子及白細(xì)胞介素-10(interleukin-10,IL-10)等抗炎因子含量增高,引起奶牛乳房炎的發(fā)生,從而進(jìn)一步導(dǎo)致產(chǎn)奶量和乳品質(zhì)的降低[10-12]。

生產(chǎn)中對(duì)于熱應(yīng)激的防治,一般采用遮蔭、噴淋、通風(fēng)等物理性降溫措施,降低牛群所處環(huán)境溫度、提高體表水分蒸發(fā),從而緩解熱應(yīng)激對(duì)奶牛的危害[13]。但如噴淋等物理性降溫措施會(huì)導(dǎo)致牛舍濕度的上升,引起病毒、細(xì)菌的滋生,會(huì)導(dǎo)致奶牛乳房炎、肢蹄病的產(chǎn)生;此外,物理性降溫措施涉及到環(huán)境的改變,在實(shí)施過(guò)程中可能需要更多的人力和物力投入。除了物理降溫,加強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)調(diào)控也是緩解奶牛熱應(yīng)激的有效措施,如增加飼糧營(yíng)養(yǎng)密度,補(bǔ)充礦物質(zhì)、維生素、過(guò)瘤胃氨基酸等養(yǎng)分,添加植物提取物、中草藥成分等[14-15]。營(yíng)養(yǎng)調(diào)控緩解熱應(yīng)激是當(dāng)前研究的熱點(diǎn),但也存在應(yīng)用效果不統(tǒng)一、機(jī)制了解不夠深入等問(wèn)題,有待進(jìn)一步的研究。

2 飼糧添加硒對(duì)奶牛的影響及其對(duì)熱應(yīng)激的緩解

近年來(lái),硒在奶牛生產(chǎn)中的應(yīng)用研究逐漸增多,飼糧添加硒會(huì)對(duì)奶牛的生產(chǎn)性能和血液生化指標(biāo)等產(chǎn)生影響。Sun等[16]研究發(fā)現(xiàn),飼糧中隨著羥基硒蛋氨酸(hydroxy-analogue of selenomethionine,HMSeBA)添加量的升高,牛奶和血漿中總硒濃度呈線性增加,牛奶中乳脂率和總固形物含量升高,乳脂產(chǎn)量和能量校正乳產(chǎn)量增加;王建[17]研究表明,不同添加水平的HMSeBA(0.1、0.3、0.5 mg/kg,以硒計(jì))對(duì)奶牛產(chǎn)奶量和乳成分無(wú)顯著影響,但乳脂率隨HMSeBA添加水平的提高呈線性增加趨勢(shì),且HMSeBA的添加效果優(yōu)于亞硒酸鈉(sodium selenite,Na2SeO3);而Sun等[18]認(rèn)為飼喂酵母硒的奶牛比飼喂Na2SeO3的奶牛產(chǎn)奶量更高,而乳脂率則是飼喂Na2SeO3的奶牛更高;Séboussi等[19]向奶牛青貯料中添加不同形式的硒后,飼喂酵母硒的奶牛比飼喂Na2SeO3的奶牛有更高的乳蛋白率。此外,研究還發(fā)現(xiàn)攝入0.3 mg/kg Na2SeO3對(duì)奶牛血清抗氧化指標(biāo)無(wú)明顯改善作用,而攝入同等硒含量的HMSeBA卻可顯著提高血清GPx、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、硫氧還蛋白還原酶1(thioredoxin reductase 1,TrxR1)的活性,同時(shí)降低MDA的含量[16-17]。這些研究結(jié)果表明,硒的添加形式和劑量與奶牛生產(chǎn)性能和抗氧化能力密切相關(guān),相較于無(wú)機(jī)硒,有機(jī)硒的作用效果更好。

缺硒也會(huì)對(duì)奶牛造成嚴(yán)重的影響。曹宇等[20]研究了缺硒對(duì)集約化牧場(chǎng)泌乳奶牛的影響,發(fā)現(xiàn)缺硒會(huì)導(dǎo)致奶牛血清GPx活性顯著降低,總一氧化氮合成酶(total nitric oxide synthases,T-NOS)活性以及MDA和過(guò)氧化脂質(zhì)(lipid peroxides,LPO)含量顯著升高,IL-1β、IL-6、TNF-α的含量顯著降低。研究顯示,補(bǔ)充硒可以提高奶牛血清GPx、硫氧還蛋白還原酶(thioredoxin reductase,TrxR)、過(guò)氧化氫酶(catalase enzymes,CAT)、SOD的活性與總抗氧化能力(total antioxidant capacity,T-AOC),并降低活性氧(reactive oxygen species,ROS)、活性氮(reactive nitrogen species,RNS)、MDA的含量,從而緩解機(jī)體的氧化應(yīng)激[21]。因此,硒對(duì)于維持奶牛機(jī)體正常的免疫功能和抗氧化功能具有十分重要的作用,缺硒會(huì)嚴(yán)重影響奶牛的健康狀況。

此外,生產(chǎn)中利用硒來(lái)緩解熱應(yīng)激對(duì)奶牛的影響也有相關(guān)報(bào)道。曹錚[22]研究了富硒女貞子飼喂熱應(yīng)激奶牛的效果,發(fā)現(xiàn)與普通女貞子相比,富硒女貞子能顯著改善因熱應(yīng)激導(dǎo)致的奶牛產(chǎn)奶量下降,降低血清促腎上腺皮質(zhì)激素和皮質(zhì)醇水平,提高白細(xì)胞介素-2(interleukin-2,IL-2)、白細(xì)胞介素-4(interleukin-4,IL-4)、IL-6、干擾素-γ(interferon-γ,IFN-γ)的分泌水平;Sun等[18]研究表明,在熱應(yīng)激條件下,不同硒源對(duì)奶牛的直腸溫度、呼吸頻率、干物質(zhì)采食量沒(méi)有顯著影響,但與添加Na2SeO3相比,添加同等硒含量的HMSeBA可以增加產(chǎn)奶量,提高血清T-AOC,降低血清MDA、過(guò)氧化氫(hydrogen peroxide,H2O2)和一氧化氮(nitric oxide,NO)含量。王尚[23]的研究結(jié)果表明,酵母硒可以顯著降低熱應(yīng)激奶牛的呼吸頻率和直腸溫度,顯著降低乳體細(xì)胞數(shù)(somatic cell count,SCC),提高乳硒含量,顯著提高血清中GPx活性與T-AOC,顯著降低血清皮質(zhì)醇、MDA含量,從而增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力和免疫能力。因此,飼糧中添加硒,特別是有機(jī)硒,是有效緩解奶牛熱應(yīng)激的一種營(yíng)養(yǎng)調(diào)控方案。

3 硒緩解奶牛熱應(yīng)激作用機(jī)制的探討

熱應(yīng)激會(huì)影響機(jī)體的抗氧化系統(tǒng),誘導(dǎo)自由基的大量產(chǎn)生,打破機(jī)體氧化/抗氧化平衡狀態(tài),從而引起氧化應(yīng)激[24];機(jī)體氧化應(yīng)激水平的增加又會(huì)加速細(xì)胞炎癥進(jìn)程,引發(fā)多種炎癥反應(yīng)[25]。氧化應(yīng)激促進(jìn)炎癥反應(yīng),炎癥又通過(guò)炎癥介質(zhì)反過(guò)來(lái)加重氧化應(yīng)激,造成機(jī)體免疫系統(tǒng)紊亂,形成惡性聯(lián)動(dòng)[26]。目前關(guān)于硒緩解熱應(yīng)激的潛在機(jī)制,包括調(diào)控胃腸道微生物影響?zhàn)B分的可消化性、改善機(jī)體抗氧化狀態(tài)和免疫功能等[2]。本文主要從機(jī)體氧化應(yīng)激-炎癥反應(yīng)-免疫功能三方聯(lián)動(dòng)反應(yīng)的角度,結(jié)合已有研究,總結(jié)了硒調(diào)控?zé)釕?yīng)激的可能機(jī)制,如圖1所示。

①:硒通過(guò)PPARγ/Nrf2-ARE信號(hào)通路促進(jìn)抗氧化酶表達(dá);②:硒通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/線粒體應(yīng)激途徑抑制細(xì)胞凋亡;③:硒通過(guò)GPx-PPARγ-NF-κB和TrxR-MAPK-NF-κB信號(hào)通路降低炎性因子表達(dá)水平。(+)代表促進(jìn)作用;(-)代表抑制作用。實(shí)線代表兩者間存在確定調(diào)控關(guān)系;虛線代表兩者間可能有其他中間調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)。①: Se promotes the expression of antioxidant enzymes through the PPARγ/Nrf2-ARE signal pathway; ②: Se inhibits apoptosis through endoplasmic reticulum/mitochondrion stress pathway; ③: Se reduces the expression of inflammatory factors through the GPx-PPARγ-NF-κB signal pathway. (+) stands for promoting effect; (-) stands for inhibiting effect. The solid line represents that there is a definite regulatory relationship between the two; the dotted line indicates that there may be other intermediate adjustments between the two.

3.1 硒通過(guò)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferators-activated receptor γ,PPARγ)/核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor 2,Nrf2)-抗氧化反應(yīng)元件(antioxidant response element,ARE)途徑促進(jìn)抗氧化酶表達(dá),緩解熱應(yīng)激損傷

熱應(yīng)激引起的氧化應(yīng)激及其后續(xù)反應(yīng),是造成熱應(yīng)激損傷最重要的原因之一。Nrf2是氧化應(yīng)激過(guò)程中重要的轉(zhuǎn)錄因子,控制著GPx、TrxR、SOD等多種抗氧化相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[27]。王建強(qiáng)[28]以2、4、8 μmol/L的硒代蛋氨酸(selenomethionine,Se-Met)與奶牛乳腺上皮細(xì)胞(bovine mammary epithelial cells,BMECs)共孵育,發(fā)現(xiàn)Se-Met通過(guò)調(diào)節(jié)Nrf2信號(hào)通路和硒蛋白基因的轉(zhuǎn)錄,增強(qiáng)GPx、CAT、SOD活性;Guo等[29]研究發(fā)現(xiàn),硒可以激活Nrf2表達(dá),從而上調(diào)TrxR等抗氧化酶的表達(dá),增強(qiáng)BMECs的抗氧化功能。Nrf2和PPARγ之間可能通過(guò)核因子-κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)相互調(diào)控,添加硒可以顯著增加BMECs內(nèi)PPARγ和Nrf2的表達(dá),而PPARγ可以促進(jìn)谷胱甘肽過(guò)氧化物酶1(glutathione peroxidase 1,GPx1)、TrxR、CAT等抗氧化酶的表達(dá)[30]。此外,Nrf2與其下游因子ARE共同構(gòu)成了重要的氧化應(yīng)激通路Nrf2-ARE。GPx催化谷胱甘肽(glutathione,GSH)的還原,以維持細(xì)胞氧化還原狀態(tài),而合成GSH的轉(zhuǎn)運(yùn)載體——胱氨酸/谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)體xCT(overexpression of cystine/glutamate gntiporter xCT)和抗氧化硒蛋白TrxR1均受到Nrf2-ARE通路的調(diào)控[31]。因此,硒可以通過(guò)PPARγ/Nrf2-ARE信號(hào)通路,上調(diào)GPx、TrxR等抗氧化酶的表達(dá),增強(qiáng)機(jī)體對(duì)氧化應(yīng)激的抵抗力,緩解熱應(yīng)激引起的氧化損傷。

3.2 硒通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum,ER)/線粒體途徑抑制熱應(yīng)激造成的細(xì)胞凋亡

熱應(yīng)激引起細(xì)胞的氧化應(yīng)激,進(jìn)一步導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體損傷,是引發(fā)細(xì)胞凋亡最常見(jiàn)的途徑。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細(xì)胞內(nèi)重要的細(xì)胞器,當(dāng)生理或病理?xiàng)l件發(fā)生改變時(shí),引起未折疊蛋白或錯(cuò)誤折疊蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)聚集,損傷內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的正常生理功能,稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(glucose regulated protein 78,GRP78)和C/EBP環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子同源蛋白(C/EBP homologous protein,CHOP)表達(dá)的增加被認(rèn)為是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生標(biāo)志[32]。熱應(yīng)激會(huì)引起胞內(nèi)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)紊亂,導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激;真核生物通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能障礙作出反應(yīng),激活未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response,UPR),重新建立內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中有多種硒蛋白定位:硒蛋白S(selenoprotein S,SelS)參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白降解(endoplasmic reticulum-associated degradation,ERAD)拮抗內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)生時(shí),SelS表達(dá)上調(diào)[33];硒蛋白K可以保護(hù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[34];此外,硒蛋白M、T、W、O等同樣參與了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)的維持、氧化還原平衡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)信號(hào)通路等[35]。硒缺乏可能通過(guò)氧化應(yīng)激途徑使鈣穩(wěn)態(tài)失衡,導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腫脹、粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)減少,上調(diào)相關(guān)因子GRP78、轉(zhuǎn)錄因子4(activating transcription factor 4,ATF4)、CHOP的mRNA表達(dá)水平,介導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生[36]。補(bǔ)硒使GRP78和CHOP的表達(dá)降低,緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,而高濃度的硒則會(huì)誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[37]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激發(fā)生后,GRP78與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激傳感酶1(inositol-requiring enzyme 1,IRE1)、蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(protein kinase R-like endoplasmic reticulum kinase,PERK)和活化轉(zhuǎn)錄因子6(activating transcription factor 6,ATF6)復(fù)合體分離,這導(dǎo)致UPR的3條主要信號(hào)通路的激活。IRE1、PERK和ATF6分別再通過(guò)不同的機(jī)制激活NF-κB,產(chǎn)生TNF-α等炎性因子,進(jìn)一步引發(fā)炎癥反應(yīng)[38]。在某些情況下,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激還可以通過(guò)激活CHOP基因轉(zhuǎn)錄、c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)通路以及半胱氨酸蛋白酶12(cysteinyl aspartate specific proteinase 12,Caspase12)級(jí)聯(lián)反應(yīng)3條途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的發(fā)生[39]。

持續(xù)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激會(huì)將應(yīng)激信號(hào)通過(guò)線粒體相關(guān)膜(mitchondria associated endoplasmic reticulum membrane,MAMs)傳遞到線粒體,過(guò)度的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通過(guò)CHOP、JNK及其他信號(hào)通路的激活導(dǎo)致線粒體功能紊亂,引起線粒體應(yīng)激并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[40-41]。許多研究證實(shí)了硒對(duì)緩解線粒體應(yīng)激的重要性:硒在體內(nèi)轉(zhuǎn)化的中間產(chǎn)物硒化氫(hydrogen selenide,H2Se),能抑制ROS介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與線粒體之間的相互作用(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激-線粒體串?dāng)_凋亡信號(hào)通路),從而緩解細(xì)胞凋亡的發(fā)生[42-43]。王彩霞[44]研究表明,納米硒可以激活肝臟、腎臟中的3-磷脂酰肌醇激酶(phosphatidylin-ositol-3-kinase,PIK3)-蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)通路,抑制線粒體途徑的細(xì)胞凋亡;另有研究表明,硒能抑制ROS介導(dǎo)的線粒體膜電位崩潰和細(xì)胞色素C釋放,進(jìn)而抑制半胱氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,Caspase)激活,提高B細(xì)胞淋巴瘤-2相關(guān)X蛋白(B-cell lymphoma-2 associated X protein,Bax)的表達(dá)水平,降低B淋巴細(xì)胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)的表達(dá)水平,從而阻止線粒體介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[45]。

以上研究表明,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體應(yīng)激在細(xì)胞凋亡過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用,硒及其相關(guān)化合物在調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體功能方面具有重要作用,硒可以通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/線粒體途徑抑制熱應(yīng)激造成的細(xì)胞凋亡。

3.3 硒通過(guò)GPx-PPARγ-NF-κB和TrxR-絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases,MAPK)-NF-κB信號(hào)通路降低炎性因子表達(dá)水平

熱應(yīng)激還會(huì)引起細(xì)胞的炎癥反應(yīng),而NF-κB是調(diào)節(jié)炎癥/免疫反應(yīng)的關(guān)鍵信號(hào)因子。研究發(fā)現(xiàn),沉默NF-κB基因能降低誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)及TNF-α、IL-6、IL-1β等促炎因子的表達(dá)水平,從而減輕BMECs的炎癥反應(yīng)[46]。多項(xiàng)研究證實(shí)硒能抑制NF-κB信號(hào)通路活化,改善細(xì)胞炎癥。例如,Se-Met抑制NF-κB信號(hào)通路激活,降低炎癥因子TNF-α、IL-1β、白細(xì)胞介素-8(interleukin-8,IL-8)的表達(dá)水平,緩解金黃色葡萄球菌(S.aureus)感染BMECs引起的炎性損傷[28];Na2SeO3通過(guò)阻斷巨噬細(xì)胞的NF-κB信號(hào)通路,降低TNF-α和IL-1β的表達(dá),改善細(xì)胞炎癥[47];硒抑制脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)的NF-κB核轉(zhuǎn)錄,降低NO及促炎因子的生成[48]。缺硒可能會(huì)導(dǎo)致NF-κB激活,致使TNF-α含量升高,GPx1活性降低,誘導(dǎo)炎癥發(fā)生[49]。此外,NF-κB信號(hào)通路又受PPARγ調(diào)節(jié),沉默GPx1會(huì)抑制PPARγ的基因表達(dá),激活NF-κB信號(hào)通路,上調(diào)下游炎性因子的表達(dá)[50]。上述結(jié)果提示,硒可以通過(guò)GPx-PPARγ-NF-κB信號(hào)通路,降低炎癥因子及iNOS的表達(dá)水平,減輕細(xì)胞炎癥反應(yīng)。

MAPK信號(hào)通路是一條關(guān)鍵的氧化還原調(diào)控通路,其激活可進(jìn)一步誘導(dǎo)NF-κB的活化,促使IL-1β等炎癥因子和NO等自由基的大量產(chǎn)生[51]。硒可以通過(guò)抑制關(guān)鍵蛋白的磷酸化來(lái)阻斷MAPK和NF-κB信號(hào)通路活化,從而發(fā)揮抗炎功能[52]。孫珺[53]利用肽聚糖誘導(dǎo)BMECs炎癥,發(fā)現(xiàn)硒通過(guò)抑制NF-κB和MAPK信號(hào)通路激活,減少炎性細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6的表達(dá)和釋放;畢崇亮[54]通過(guò)建立S.aureus感染BMECs模型,證實(shí)硒通過(guò)調(diào)節(jié)核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域2(nucleotide-binding oligomerization domain 2,Nod2)、受體相互作用蛋白2(receptor interacting protein 2,RIP2)、JNK和哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)等蛋白表達(dá),調(diào)控Nod2/MAPK/mTOR信號(hào)通路,從而緩解細(xì)胞炎癥反應(yīng)。此外,TrxR作為一種硒蛋白酶,其表達(dá)也可以受硒的激活[55]。研究顯示,在BMECs遭受氧化應(yīng)激時(shí),TrxR活性下降,導(dǎo)致MAPK通路激活[56];相反,當(dāng)沉默TrxR基因時(shí),MAPK家族成員p38絲裂原激活蛋白激酶(p38MAPK)、JNK和胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)的活化程度得到增強(qiáng),這提示TrxR活性下降會(huì)激活MAPK通路[57]。硒能夠通過(guò)促進(jìn)TrxR1基因和蛋白表達(dá),抑制p38MAPK和JNK/MAPK信號(hào)通路的磷酸化水平,從而降低IL-1β和iNOS的基因及蛋白表達(dá),抑制NO的過(guò)量釋放[58]。這些研究表明,硒通過(guò)TrxR-MAPK-NF-κB信號(hào)通路,增強(qiáng)TrxR表達(dá),抑制MAPK磷酸化,降低NF-κB活性,下調(diào)炎性因子的表達(dá),從而發(fā)揮抗炎功能。

3.4 硒通過(guò)緩解氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng),調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能

當(dāng)奶牛受到熱應(yīng)激時(shí),會(huì)使體內(nèi)自由基生成增加,大量自由基的產(chǎn)生也會(huì)激活機(jī)體的免疫系統(tǒng),引起炎癥反應(yīng),形成氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)的聯(lián)動(dòng)效應(yīng)。正常情況下,機(jī)體可以通過(guò)抗氧化系統(tǒng)以及炎癥反應(yīng)的抗炎機(jī)制來(lái)緩解熱應(yīng)激造成的影響,但夏季長(zhǎng)期的熱應(yīng)激條件會(huì)使自由基大量生成,超過(guò)機(jī)體的清除能力,過(guò)度的氧化應(yīng)激加重炎癥反應(yīng),而炎癥反應(yīng)通過(guò)炎性介質(zhì)又能進(jìn)一步促進(jìn)氧化應(yīng)激,損害機(jī)體的免疫功能,從而形成惡性循環(huán)[26]。

硒具有促進(jìn)抗氧化酶表達(dá)的作用,可以緩解氧化應(yīng)激。此外,硒還能通過(guò)TrxR-MAPK-NF-κB等信號(hào)通路降低炎性因子的表達(dá)水平。硒蛋白可以直接參與胞內(nèi)信號(hào)通路調(diào)節(jié),優(yōu)化信號(hào)通路中免疫調(diào)節(jié)物質(zhì)的基因表達(dá),從而有助于修復(fù)免疫穩(wěn)態(tài)[59]。此外,動(dòng)物試驗(yàn)結(jié)果也表明,硒能夠有效提高血清免疫球蛋白A(immunoglobulin A,IgA)、免疫球蛋白G(immunoglobulin G,IgG)的含量,增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能[60-61]。Lanni等[62]向奶牛飼糧中添加0.45 mg/kg的Se-Met,發(fā)現(xiàn)乳中SCC明顯降低;Séboussi等[19]向奶牛青貯料中添加硒后,同樣發(fā)現(xiàn)乳中SCC顯著減少,且酵母硒的效果優(yōu)于Na2SeO3。SCC作為評(píng)估奶牛乳腺炎和乳品質(zhì)的重要指標(biāo),可以反映奶牛機(jī)體的免疫狀況,SCC的減少說(shuō)明機(jī)體免疫系統(tǒng)功能得到改善。因此,硒在奶牛熱應(yīng)激防治中具有重要的作用,硒可以通過(guò)多種途徑調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能,維持免疫系統(tǒng)的健康。

4 小 結(jié)

綜上所述,熱應(yīng)激會(huì)引起奶牛體溫升高、呼吸加快、采食量下降等變化,導(dǎo)致產(chǎn)奶量和乳品質(zhì)下降、機(jī)體氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)發(fā)生,嚴(yán)重影響奶牛的健康。飼糧添加硒可以緩解奶牛熱應(yīng)激,提高奶?？寡趸芰兔庖吣芰?是一種有效緩解熱應(yīng)激的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控方案。硒可能通過(guò)多種途徑發(fā)揮其緩解熱應(yīng)激的作用,包括通過(guò)PPARγ/Nrf2-ARE信號(hào)通路促進(jìn)抗氧化酶的表達(dá),通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/線粒體應(yīng)激途徑抑制細(xì)胞凋亡,通過(guò)GPx-PPARγ-NF-κB和TrxR-MAPK-NF-κB信號(hào)通路降低炎性因子的表達(dá)水平,以及提高機(jī)體的免疫功能,從而維持機(jī)體氧化應(yīng)激-炎癥反應(yīng)-免疫功能三方聯(lián)動(dòng)反應(yīng)的平衡。然而,關(guān)于硒在熱應(yīng)激調(diào)控中的直接作用以及各種信號(hào)通路之間的相互聯(lián)系仍有待進(jìn)一步研究。