圍產(chǎn)期奶牛免疫抑制發(fā)生原因及其緩解的營養(yǎng)對策

王 建 孫 鵬，2 卜登攀，2，3* 杜 洪 南雪梅

(1.中國農(nóng)業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動物營養(yǎng)學國家重點實驗室，北京 100193;2.中國農(nóng)業(yè)科學院－世界農(nóng)用林業(yè)中心農(nóng)用林業(yè)與可持續(xù)畜牧業(yè)聯(lián)合實驗室，北京 100193;

3.東北農(nóng)業(yè)大學，食品安全與營養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，哈爾濱 150030)

奶牛圍產(chǎn)期是指自妊娠后期(產(chǎn)前3周)至泌乳初期(產(chǎn)后 3周)這一階段，又稱為過渡期［1］。圍產(chǎn)期奶牛經(jīng)歷飼糧變化、停止泌乳、胎兒發(fā)育、分娩、分泌初乳等一系列內(nèi)外環(huán)境變化的刺激，從而引起奶牛生理、內(nèi)分泌及新陳代謝系統(tǒng)的變化［2］。圍產(chǎn)期奶牛胎兒生長迅速，對母體的營養(yǎng)需求量增加，然而母體本身的干物質(zhì)采食量卻下降，母體因能量攝入不足而易造成能量負平衡。為適應機體的需要，此時奶牛體內(nèi)糖代謝、脂類物質(zhì)代謝和礦物質(zhì)代謝均發(fā)生了顯著變化［3］。除此之外，奶牛的免疫功能下降，從而出現(xiàn)不同程度的免疫抑制現(xiàn)象。Kehrli等［4］認為圍產(chǎn)期奶牛的先天性和獲得性免疫防御機能均降低。由于免疫功能下降，這一時期也是傳染病的高發(fā)期，最常見的疾病為奶牛乳房炎、產(chǎn)褥熱、產(chǎn)后敗血癥和慢性子宮內(nèi)膜炎等［5］，嚴重影響奶牛健康，進而導致產(chǎn)后牛奶品質(zhì)下降。因此，如何緩解圍產(chǎn)期奶牛的免疫抑制，應用合理的免疫抑制劑，是奶牛生產(chǎn)中亟待解決的問題，具有深遠的意義。

1 免疫抑制產(chǎn)生的主要原因

對奶牛免疫系統(tǒng)而言，圍產(chǎn)期是極具挑戰(zhàn)的時期，與免疫抑制息息相關［6］。就目前研究顯示，引發(fā)圍產(chǎn)期奶牛免疫抑制的因素眾多。有奶牛自身因素，也有外界環(huán)境變化造成的應激，但是具體哪一種因素引發(fā)免疫抑制的機制尚不清楚，需要進一步探索。

1.1 奶牛自身因素

研究表明，與妊娠期和泌乳期相比，圍產(chǎn)期奶牛內(nèi)分泌狀態(tài)發(fā)生顯著變化，盡管此時機體所需營養(yǎng)物質(zhì)增加，但是采食量卻顯著下降，導致機體能量失衡［7］。處于能量負平衡狀態(tài)的圍產(chǎn)期奶牛，為緩解能量負平衡，其體內(nèi)脂肪組織動員增加。Zerbe等［8］在研究圍產(chǎn)期奶牛肝臟三酰甘油(TAG)的含量與中性粒細胞(PMN)的免疫功能之間的關系時，發(fā)現(xiàn)提高產(chǎn)后第1周和第2周肝臟TAG的含量與來自血液和子宮的PMN功能降低有關。Suriyasathaporn等［9］研究發(fā)現(xiàn)奶牛能量負平衡影響機體調(diào)理素的產(chǎn)生，使得機體吞噬細胞吞噬功能降低。

1.2 外界環(huán)境和其他因素

處于熱應激狀態(tài)下的奶牛，其免疫功能受到抑制，此作用機理主要是通過大腦調(diào)控免疫功能，腎上腺皮質(zhì)激素和交感神經(jīng)的免疫修飾作用來實現(xiàn)的［10］。李建國等［11］在研究熱應激對泌乳期奶牛血液生化指標的影響時發(fā)現(xiàn)，熱應激期(6—8月)與非應激期(3—5月，12—5月)相比，熱應激可顯著降低荷斯坦牛血清中γ－球蛋白水平，說明奶牛處于熱應激時其血清免疫球蛋白的合成能力下降。Lacetera等［12］研究發(fā)現(xiàn)，夏季奶牛在產(chǎn)前，免疫球蛋白M(IgM)的分泌水平極顯著高于春季。

分娩應激同樣會影響圍產(chǎn)期奶牛的免疫功能，崔群維等［13］研究發(fā)現(xiàn)，奶牛在圍產(chǎn)期，特別是在產(chǎn)前后出現(xiàn)免疫抑制，可能與其細胞因子白細胞介素(IL)-2、IL-4 mRNA表達量下調(diào)及T淋巴細胞亞群分化抗原簇(CD)3+、CD4+、CD8+的數(shù)量和比例發(fā)生變化有關。

氧化應激使得圍產(chǎn)期奶牛對疾病的易感性增加，可能是由于免疫細胞對氧化應激作用非常敏感，當免疫細胞受到刺激時產(chǎn)生大量的活性氧簇［14］，而當機體產(chǎn)生的活性氧簇超過抗氧化物質(zhì)的防御機制時即會發(fā)生氧化應激［15］，引起細胞(包括免疫細胞)或組織廣泛損傷和功能缺失，從而降低圍產(chǎn)期奶牛的免疫功能。

當飼糧中缺乏某些微量元素時，也會造成免疫抑制。研究發(fā)現(xiàn)，鈣離子可以提高T淋巴細胞對抗原的敏感性，因為鈣離子具有改變脂質(zhì)分子的功能，幫助T淋巴細胞的活化［16］。尤其是在泌乳初期，大量鈣被用于乳汁合成，奶牛往往處于鈣負平衡狀態(tài)，而鈣是細胞內(nèi)代謝和多種細胞類型信號傳導所必需的，因此當圍產(chǎn)期奶牛出現(xiàn)低鈣情況時會出現(xiàn)免疫抑制的情況。除此之外激素變化也是免疫抑制發(fā)生的原因之一。例如當動物處于應激狀態(tài)時，機體分泌的皮質(zhì)醇水平增加，影響動物血液中干擾素水平與淋巴細胞轉(zhuǎn)化能力［17］。

2 緩解圍產(chǎn)期免疫抑制的營養(yǎng)對策

多項研究表明，圍產(chǎn)期奶牛淋巴細胞的增殖能力下降，PMN功能明顯減弱，淋巴細胞亞群發(fā)生一定的動態(tài)變化。研究發(fā)現(xiàn)荷斯坦青年母牛在產(chǎn)前2周，外周血淋巴細胞反應性下降，產(chǎn)后2周逐漸回升［18］;且奶牛產(chǎn)前和產(chǎn)后血液中游離脂肪酸(NEFA)和β－羥丁酸(BHBA)水平升高，引起白細胞趨化能力和吞噬能力降低，進一步導致乳腺對乳房炎病原體的敏感性升高［8］。此外，奶牛體內(nèi)白細胞隨產(chǎn)期臨近呈逐漸增殖過程，產(chǎn)后9 h開始減弱，到產(chǎn)后第3天恢復至正常值［19］。Kimura等［20］研究還發(fā)現(xiàn)CD4+和CD8+細胞的數(shù)量在產(chǎn)前顯著降低，在分娩時達到最低，直到產(chǎn)后2周才恢復到產(chǎn)前水平，證明免疫抑制的發(fā)生可能與產(chǎn)前T淋巴細胞數(shù)量減少有關。由于奶牛免疫功能低下，圍產(chǎn)期也是奶牛傳染病高發(fā)的時期，奶牛產(chǎn)后疾病發(fā)生率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，產(chǎn)后10 d內(nèi)是奶牛乳房炎、酮病、消化道疾病和蹄葉炎等的高發(fā)期［21］。

諸多研究表明，采取有效措施預防圍產(chǎn)期疾病，則整個泌乳期奶牛的發(fā)病率將會降低90%，泌乳期的產(chǎn)奶量也將有大幅提高。目前向圍產(chǎn)期奶牛飼糧中添加維生素、微量元素或中草藥類添加劑已成為緩解奶牛圍產(chǎn)期免疫抑制和提高奶牛免疫功能的研究熱點［22－23］。

2.1 維生素類

2.1.1 維生素 A

維生素A作為一種免疫抑制緩解劑，幾乎影響免疫系統(tǒng)各個部分，在適當濃度下可提高機體的細胞免疫、體液免疫反應性，增強機體的抗感染能力［24］。隨著維生素 A添加水平的提高，小鼠Th2型免疫應答增強，但小鼠Th1型免疫應答抑制，Th2型免疫應答占優(yōu)勢;降低維生素A添加水平則相反，Th1型免疫應答增強，而Th2型免疫應答抑制，機體免疫平衡趨向于Th1型免疫應答［25］。研究表明飼糧中添加 110或 165 IU/kg BW的維生素A，可增加圍產(chǎn)期奶牛血液中免疫球蛋白的數(shù)量，顯著提高產(chǎn)后7 d白細胞的數(shù)量，提高奶牛在圍產(chǎn)期的免疫機能，降低奶牛罹患子宮內(nèi)膜炎、乳房炎、胎衣不下等疾病的發(fā)病率［26］，而當奶牛飼糧中補飼高劑量維生素A(220 IU/kg BW)時可顯著提高血清免疫球蛋白A(IgA)和腫瘤壞死因子－α(TNF-α)水平［27］。維生素 A 提高免疫功能機制可能因為維生素A可以保持生物膜的強度，促進T、B淋巴細胞的協(xié)同性，刺激抗體的產(chǎn)生，加強細胞的吞噬功能，在PMN、單核細胞、淋巴細胞的生長和分化中起重要作用。

2.1.2 維生素 E

維生素E又叫生育酚，具有抗氧化功能，保護免疫細胞免受活性氧的損害，維持免疫細胞及組織的完整性，增強機體的抵抗力［28］。研究發(fā)現(xiàn)，補充維生素E可提高動物的免疫功能［29－34］。圍產(chǎn)期奶?；A飼糧中添加2.43 IU/kg BW 的維生素E可以增加血液中白細胞和免疫球蛋白的數(shù)量，降低血清中皮質(zhì)醇水平，增強抗氧化功能，提高圍產(chǎn)期奶牛機體的免疫功能，很好地緩解分娩和泌乳造成的應激［35］，并且可以促進奶牛產(chǎn)后初期血液PMN和巨噬細胞的功能［36］。飼糧中添加維生素E可以在一定程度上預防產(chǎn)后圍產(chǎn)期奶牛的常見疾病，改善奶牛的體質(zhì)［37－38］。馬露［27］發(fā)現(xiàn)奶牛飼糧中添加高劑量維生素E(1.6 IU/kg BW)可顯著提高血清中IgM、免疫球蛋白G(IgG)、IgA、可溶性 CD(sCD)4、sCD4/sCD8、IL-1、IL-2 以及 TNF-α水平。維生素E增強動物免疫性能的機制可能在于它改變機體免疫細胞的數(shù)量，刺激巨噬細胞的增殖，增強中性粒細胞的殺傷能力，還可以作為免疫調(diào)節(jié)物來調(diào)節(jié)細胞調(diào)節(jié)素的合成。

2.1.3 維生素 D

維生素D主要調(diào)節(jié)機體鈣、磷的代謝，且有D2和 D32種形式。1，25－二羥基維生素 D3［1，25-(OH)2D3］是維生素 D3的活性代謝產(chǎn)物，是一種在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用的類固醇激 素。Nonnecke 等［39］應 用 體 外 法 研 究1，25-(OH)2D3對正常奶牛外周血單核白細胞(MNL)增殖和表型的影響時發(fā)現(xiàn)，體外添加1，25-(OH)2D3可以調(diào)節(jié) MNL的增殖和分化，進一步證明改變圍產(chǎn)期奶牛血清或組織中1，25-(OH)2D3濃度對于奶牛的免疫功能具有調(diào)節(jié)作用。研究報道飼糧中補充105 IU的維生素D3，可顯著增加PMN數(shù)量及免疫球蛋白的水平，緩解圍產(chǎn)期奶牛血液中免疫球蛋白含量和T淋巴細胞亞群數(shù)量的減少，改善圍產(chǎn)期奶牛的免疫功能［40］，但是高劑量維生素D卻抑制免疫細胞的功能［41］。1，25-(OH)2D3還可以促進 B 淋巴細胞分化，以提高奶牛的免疫功能［39，42］。1，25-(OH)2D3增強免疫反應的機制可能是促進單核細胞前體轉(zhuǎn)化為單核細胞，從而誘導單核巨噬細胞對病原微生物及腫瘤細胞的殺傷作用。

2.2 微量元素

2.2.1 硒

近年來，越來越多的高職院校重視校友工作，把校友資源的開發(fā)與管理作為推進學校事業(yè)發(fā)展的重要方面，校友工作在組織建設、制度建設、平臺建設、載體建設等方面逐漸完善并不斷創(chuàng)新。但目前校友工作仍然以開展基于校友“感恩”、“回饋”等心理的校友值年返校、校友講座、校友捐贈等活動為主[1]，單向索取、功利性強，雙向服務、互惠性弱，缺乏號召力和凝聚力，難以獲得校友的認同、支持和擁護，缺乏應有的活力和可持續(xù)性[2-4]。

硒是一種動物必需的微量元素，是谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的重要組成成分。飼糧中添加硒制劑可防止氧化應激對免疫細胞的損傷，增強T淋巴細胞對抗原的殺傷性的細胞毒作用，提高 T 淋巴細胞的免疫功能［43］。黃志堅等［44］發(fā)現(xiàn)奶牛補硒一段時間后T淋巴細胞數(shù)量增多，外周血中淋巴細胞的轉(zhuǎn)化能力提升，機體的抗病力增強。Ndiweni等［45］研究表明，在干奶期和泌乳期對奶牛補硒，可顯著提高溶菌酶活性和殺菌能力，此外奶牛補硒可顯著增強PMN的無定向移動功能和吞噬能力。Cao等［46］研究表明，在飼糧基礎上補硒時，牛外周血淋巴細胞對刀豆素A(Con A)刺激的增殖效應顯著高于缺硒飼糧組。高元等［47］報道，補硒(0.1 mg/kg)可顯著提高吞噬細胞的吞噬指數(shù)，提高淋巴細胞分泌的IL-6的活性，影響機體細胞免疫功能。硒可增強T淋巴細胞的轉(zhuǎn)化，有一定的激活體液免疫的作用，其機制可能在于硒調(diào)節(jié)細胞中巰基化合物的存在方式，進而調(diào)節(jié)免疫細胞的增殖和分化［48］。

2.2.2 鉻

鉻不僅可以通過協(xié)同作用增強胰島素的功能，還可以作為強有力的免疫調(diào)節(jié)劑影響動物的免疫功能［49］。給圍產(chǎn)后期奶牛添加酵母鉻(鉻含量為0.8 mg/kg DM)，可提高白細胞和淋巴細胞的數(shù)量及外周血淋巴細胞的轉(zhuǎn)化能力，增加淋巴細胞在白細胞中的比例，提高免疫球蛋白的水平，降低皮質(zhì)醇水平，解除皮質(zhì)醇對奶牛免疫抑制［50］。Faldyna等［51］指出，奶牛接種破傷風毒素疫苗后，飼糧中添加鉻可加強抗體的活動。Burton等［52］研究表明在圍產(chǎn)期和泌乳早期奶牛飼糧添加螯合鉻可顯著調(diào)節(jié)機體免疫功能，并且分離而得的淋巴細胞對Con A刺激的母細胞反應增強。鉻影響動物免疫的機制可能是鉻影響RNA的合成以及DNA的完整性，對于免疫系統(tǒng)這種高度增生的系統(tǒng)需要較高的鉻，此外鉻還影響機體調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成。

2.2.3 銅

作為必需微量元素的銅，參與機體多種酶的構(gòu)成，這些酶組成機體防御系統(tǒng)，增加細胞抗炎癥和抗氧化功能，對增強動物免疫性能具有重要作用［53］。銅參與血清免疫球蛋白的構(gòu)成，還通過T淋巴細胞和換型白細胞而影響機體免疫反應［54］。Nemec等［55］在對比添加無機硫酸鹽形式和螯合形式的銅、錳及鋅對PMN活性的影響時發(fā)現(xiàn)，不同處理對PMN的功能沒有影響，只有在泌乳天數(shù)較大牛群中的有機螯合處理增強了PMN功能。與無機鹽相比，補充螯合形式的銅(21 mg/kg)可能會增強泌乳早期奶牛的免疫功能。關于銅影響動物免疫機能的機理，多數(shù)學者認為銅可以以酶的形式參與超氧陰離子自由基清除，并通過抗氧化功能保護生物膜結(jié)構(gòu)和功能的完整，實現(xiàn)對免疫功能的調(diào)節(jié)。

2.2.4 鋅

2.3 中草藥類添加劑

中草藥作為天然藥物，藥性溫和，不易產(chǎn)生耐藥性，幾乎可調(diào)節(jié)機體免疫的各環(huán)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，中草藥具有改善免疫器官功能，促進免疫細胞分化發(fā)育，增強屏障防御功能，提高單核細胞的吞噬功能，促進自然殺傷(NK)細胞的殺傷作用，促進補體、細胞因子的產(chǎn)生，促進紅細胞的免疫功能等免疫作用［59］。

2.3.1 當歸類

當歸是多年生草本植物，具有補血活血，調(diào)節(jié)機體免疫等作用，其主要有效成分有阿魏酸和藁本內(nèi)酯以及多糖。當歸對細胞免疫、體液免疫、單核巨噬細胞、細胞因子誘生都有影響［60］。張世昌等［61］研究表明，圍產(chǎn)期奶牛飼糧中添加當歸提取物對部分產(chǎn)后疾病具有顯著的預防作用，含當歸提取物的蛋白質(zhì)顆粒料作為奶牛圍產(chǎn)期天然保健藥物可提高奶牛抵抗力，使奶?？垢腥灸芰υ鰪姟问漓o等［62］研究表明，給正常小鼠注射當歸注射液，巨噬細胞的吞噬能力提高，并且增強了溶酶菌的活力和B淋巴細胞的功能，提高體液免疫及非特異性免疫功能。

2.3.2 益母草類

益母草為唇形科植物，是一種傳統(tǒng)中藥材，對心血管系統(tǒng)、子宮乳腺、血液系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)都有一定的影響［63］，還具有保護心肌，鎮(zhèn)痛、抗炎，提高免疫功能等作用。圍產(chǎn)期添加加味益母湯，奶牛血液中的白細胞數(shù)量在圍產(chǎn)后期(0、7、14 d)可顯著降低，產(chǎn)后紅細胞數(shù)量顯著增加，血小板含量呈現(xiàn)升高趨勢，奶牛抗炎反應和產(chǎn)后免疫功能增強［64］。杜金梁等［65］用復方益母生化散栓劑治療患有子宮內(nèi)膜炎的奶牛，發(fā)現(xiàn)奶牛IgG、IgA水平顯著升高，表明復方益母生化散能夠增強機體的體液免疫功能，提高血清中免疫球蛋白水平。呂建存等［66］在奶牛產(chǎn)前15 d喂服加味四君子散(黨參 100 g，白術(shù) 80 g，茯苓 75 g，甘草 60 g，當歸50 g，牡蠣35 g)，連續(xù)5 d，產(chǎn)后喂服益母生化散1劑(益母草 180 g，當歸 100 g，川芎 70 g，桃仁70 g，炮姜40 g，炙甘草40 g)，發(fā)現(xiàn)奶牛血漿IL-2、干擾素－γ(IFN-γ)和 TNF-α 水平均顯著提高;此后還發(fā)現(xiàn)試驗組奶牛血清中甲狀腺激素水平顯著增高，間接提高了奶牛免疫功能［67］。益母草提高免疫功能的機制可能在于其含有多糖、二萜與免疫相關的有效成分。多糖可以激活免疫細胞，活化補體，促進細胞因子的生成，而二萜對由Con A活化的T淋巴細胞有較強的增殖作用。

2.3.3 中草藥組方

鄭會超［68］發(fā)現(xiàn)補飼加減白虎湯中藥組方(主要成分含生藥、生石膏、板藍根、荷葉、菊花、甘草)的試驗組IL-2R/IL-2值較高，證明加減白虎湯可以矯正熱應激奶牛的過度非特異性免疫反應。孫齊英［69］給奶牛飼喂中藥添加劑(主要成分含生石膏、甘草、聲根、夏枯草)發(fā)現(xiàn)，試驗組奶牛第14、28和42天淋巴細胞百分含量、外周血淋巴細胞總數(shù)以及IgG水平均顯著提高，說明該中藥添加劑可明顯提高奶牛的免疫功能。馮志華［70］研究發(fā)現(xiàn)飼糧中添加適量蒺藜皂苷(gross saponin of tribulus terrestris，GSTT)，奶牛血清 IgG和 IgM 的水平顯著提高，血清中IgA水平亦呈現(xiàn)升高趨勢，說明添加適宜水平的GSTT可以改善奶牛機體的免疫功能。張淼濤等［71］研究發(fā)現(xiàn)奶牛飼糧中添加中藥添加劑(主要成分含當歸、川芎、芍藥、黃芪、蒲公英、丹參、益母草)，可顯著提高PMN的吞噬功能。

3 小結(jié)

圍產(chǎn)期是奶牛的特殊生理時期，是影響奶牛產(chǎn)后機體健康的關鍵階段。研究圍產(chǎn)期免疫抑制發(fā)生原因及緩解對策，可以最大限度地改善奶牛的健康水平。以往的研究雖多是采用添加維生素、微量元素以及中藥添加劑，在使用時仍要注意研究添加劑量的問題，尤其是涉及重金屬等風險因子，以免造成動物中毒及動物產(chǎn)品的污染。此外，還應研究添加方式、添加時間、添加劑的儲存方式、環(huán)境衛(wèi)生狀況及與飼糧中其他添加劑的互作效應。近年來有學者通過皮下注射共價結(jié)合到聚乙二醇的重組牛集落刺激因子，或直接在飼糧中添加溶酶菌，或口服脂多糖和脂磷壁酸以增加圍產(chǎn)期奶牛免疫功能。開發(fā)生產(chǎn)無污染、無殘留、優(yōu)質(zhì)、安全、高效的添加劑是綠色奶業(yè)研究的重要方向，本課題組目前正在研發(fā)新型奶牛微生物飼料添加劑，用于緩解圍產(chǎn)期奶牛免疫抑制的作用。對于進一步緩解圍產(chǎn)期奶牛免疫抑制的研究仍需要我們進一步探索，從而為優(yōu)質(zhì)生鮮乳的生產(chǎn)奠定基礎。

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