硒對奶牛熱應(yīng)激的緩解及其作用機制研究進展

李 瀟 胡亞鵬 程建波 卓 釗

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

隨著全球氣候變暖趨勢的發(fā)展,以及奶牛產(chǎn)奶量的日益提高,夏季熱應(yīng)激發(fā)生的強度和頻率不斷增加,高溫環(huán)境對奶牛健康和奶業(yè)生產(chǎn)造成的影響也更加嚴重。泌乳奶牛的熱負荷會隨著產(chǎn)奶相關(guān)的代謝產(chǎn)熱增加和炎熱條件下機體散熱能力變差而顯著增加,這種熱量增加又進一步影響了高產(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,對熱應(yīng)激也就越敏感,熱應(yīng)激直接造成的奶牛經(jīng)濟效益損失,始終是生產(chǎn)中面臨的一個重大問題。

硒(selenium,Se)是動物體必需的微量元素之一,在動物的生長發(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機硒、有機硒和納米硒3種形式。研究表明,飼糧中添加硒能有效提高奶牛的產(chǎn)奶量和機體的抗氧化能力,對奶牛夏季熱應(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)激對奶牛的危害及其防治措施、飼糧添加硒對奶牛的影響及其對熱應(yīng)激的緩解,以及硒緩解熱應(yīng)激可能的作用機制,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)境超過了動物生理承受范圍,機體不能通過代謝和散熱來維持體溫恒定,在引起動物體溫升高的同時,誘發(fā)機體產(chǎn)生一系列非特異性生理反應(yīng)[3]。奶牛對高溫敏感,熱應(yīng)激條件下,奶牛出現(xiàn)體溫升高、呼吸加快、躺臥時間縮短及站立時間延長等行為變化,為了降低代謝產(chǎn)熱,還會減少瘤胃蠕動、降低采食量,引起機體營養(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題[4]。生產(chǎn)中對奶牛熱應(yīng)激的評定,一般采用溫濕指數(shù)(temperature-humidity index,THI)作為判定指標,THI在72～79被認為會引起輕度熱應(yīng)激,THI在79～89被認為會引起中度熱應(yīng)激,THI超過89則會引起嚴重?zé)釕?yīng)激[5]。Ranjitkar等[6]研究表明,即使在中國北方,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。2008—2016年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示,基于THI計算的奶牛產(chǎn)奶量損失在2016年7月每天是0.7～4 kg,預(yù)計2050年因為熱應(yīng)激損失的產(chǎn)奶量將達到每天1.5～6.5 kg,2070年將達到每天2～7.2 kg[6]。

熱應(yīng)激除了直接降低奶牛的產(chǎn)奶量外,還會對乳成分造成影響,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)激還會誘導(dǎo)奶牛機體產(chǎn)生大量自由基和過氧化物,激發(fā)機體炎癥反應(yīng),進而影響機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氧化物酶(glutathione peroxidase,GPx)的活性,同時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)致白細胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、白細胞介素-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,從而進一步導(dǎo)致產(chǎn)奶量和乳品質(zhì)的降低[10-12]。

生產(chǎn)中對于熱應(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)激對奶牛的危害[13]。但如噴淋等物理性降溫措施會導(dǎo)致牛舍濕度的上升,引起病毒、細菌的滋生,會導(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,在實施過程中可能需要更多的人力和物力投入。除了物理降溫,加強營養(yǎng)調(diào)控也是緩解奶牛熱應(yīng)激的有效措施,如增加飼糧營養(yǎng)密度,補充礦物質(zhì)、維生素、過瘤胃氨基酸等養(yǎng)分,添加植物提取物、中草藥成分等[14-15]。營養(yǎng)調(diào)控緩解熱應(yīng)激是當(dāng)前研究的熱點,但也存在應(yīng)用效果不統(tǒng)一、機制了解不夠深入等問題,有待進一步的研究。

2 飼糧添加硒對奶牛的影響及其對熱應(yīng)激的緩解

近年來,硒在奶牛生產(chǎn)中的應(yīng)用研究逐漸增多,飼糧添加硒會對奶牛的生產(chǎn)性能和血液生化指標等產(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)對奶牛產(chǎn)奶量和乳成分無顯著影響,但乳脂率隨HMSeBA添加水平的提高呈線性增加趨勢,且HMSeBA的添加效果優(yōu)于亞硒酸鈉(sodium selenite,Na2SeO3);而Sun等[18]認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對奶牛血清抗氧化指標無明顯改善作用,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),相較于無機硒,有機硒的作用效果更好。

缺硒也會對奶牛造成嚴重的影響。曹宇等[20]研究了缺硒對集約化牧場泌乳奶牛的影響,發(fā)現(xiàn)缺硒會導(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,補充硒可以提高奶牛血清GPx、硫氧還蛋白還原酶(thioredoxin reductase,TrxR)、過氧化氫酶(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,從而緩解機體的氧化應(yīng)激[21]。因此,硒對于維持奶牛機體正常的免疫功能和抗氧化功能具有十分重要的作用,缺硒會嚴重影響奶牛的健康狀況。

此外,生產(chǎn)中利用硒來緩解熱應(yīng)激對奶牛的影響也有相關(guān)報道。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,提高白細胞介素-2(interleukin-2,IL-2)、白細胞介素-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,不同硒源對奶牛的直腸溫度、呼吸頻率、干物質(zhì)采食量沒有顯著影響,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,從而增強機體的抗氧化能力和免疫能力。因此,飼糧中添加硒,特別是有機硒,是有效緩解奶牛熱應(yīng)激的一種營養(yǎng)調(diào)控方案。

3 硒緩解奶牛熱應(yīng)激作用機制的探討

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

①:硒通過PPARγ/Nrf2-ARE信號通路促進抗氧化酶表達;②:硒通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/線粒體應(yīng)激途徑抑制細胞凋亡;③:硒通過GPx-PPARγ-NF-κB和TrxR-MAPK-NF-κB信號通路降低炎性因子表達水平。(+)代表促進作用;(-)代表抑制作用。實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 硒通過過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)途徑促進抗氧化酶表達,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[28]以2、4、8 μmol/L的硒代蛋氨酸(selenomethionine,Se-Met)與奶牛乳腺上皮細胞(bovine mammary epithelial cells,BMECs)共孵育,發(fā)現(xiàn)Se-Met通過調(diào)節(jié)Nrf2信號通路和硒蛋白基因的轉(zhuǎn)錄,增強GPx、CAT、SOD活性;Guo等[29]研究發(fā)現(xiàn),硒可以激活Nrf2表達,從而上調(diào)TrxR等抗氧化酶的表達,增強BMECs的抗氧化功能。Nrf2和PPARγ之間可能通過核因子-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,而PPARγ可以促進谷胱甘肽過氧化物酶1(glutathione peroxidase 1,GPx1)、TrxR、CAT等抗氧化酶的表達[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,以維持細胞氧化還原狀態(tài),而合成GSH的轉(zhuǎn)運載體——胱氨酸/谷氨酸逆向轉(zhuǎn)運體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PPARγ/Nrf2-ARE信號通路,上調(diào)GPx、TrxR等抗氧化酶的表達,增強機體對氧化應(yīng)激的抵抗力,緩解熱應(yīng)激引起的氧化損傷。

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

熱應(yīng)激引起細胞的氧化應(yīng)激,進一步導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體損傷,是引發(fā)細胞凋亡最常見的途徑。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細胞內(nèi)重要的細胞器,當(dāng)生理或病理條件發(fā)生改變時,引起未折疊蛋白或錯誤折疊蛋白在內(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)表達的增加被認為是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生標志[32]。熱應(yīng)激會引起胞內(nèi)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)紊亂,導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激;真核生物通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激對內(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,SelS表達上調(diào)[33];硒蛋白K可以保護內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的細胞凋亡[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)信號通路等[35]。硒缺乏可能通過氧化應(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表達水平,介導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的發(fā)生[36]。補硒使GRP78和CHOP的表達降低,緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,而高濃度的硒則會誘發(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條主要信號通路的激活。IRE1、PERK和ATF6分別再通過不同的機制激活NF-κB,產(chǎn)生TNF-α等炎性因子,進一步引發(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)級聯(lián)反應(yīng)3條途徑誘導(dǎo)細胞凋亡的發(fā)生[39]。

持續(xù)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激會將應(yīng)激信號通過線粒體相關(guān)膜(mitchondria associated endoplasmic reticulum membrane,MAMs)傳遞到線粒體,過度的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激通過CHOP、JNK及其他信號通路的激活導(dǎo)致線粒體功能紊亂,引起線粒體應(yīng)激并誘導(dǎo)細胞凋亡[40-41]。許多研究證實了硒對緩解線粒體應(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)_凋亡信號通路),從而緩解細胞凋亡的發(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胞色素C釋放,進而抑制半胱氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,Caspase)激活,提高B細胞淋巴瘤-2相關(guān)X蛋白(B-cell lymphoma-2 associated X protein,Bax)的表達水平,降低B淋巴細胞瘤-2(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)的表達水平,從而阻止線粒體介導(dǎo)的細胞凋亡[45]。

以上研究表明,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和線粒體應(yīng)激在細胞凋亡過程中發(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,硒可以通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/線粒體途徑抑制熱應(yīng)激造成的細胞凋亡。

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

熱應(yīng)激還會引起細胞的炎癥反應(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等促炎因子的表達水平,從而減輕BMECs的炎癥反應(yīng)[46]。多項研究證實硒能抑制NF-κB信號通路活化,改善細胞炎癥。例如,Se-Met抑制NF-κB信號通路激活,降低炎癥因子TNF-α、IL-1β、白細胞介素-8(interleukin-8,IL-8)的表達水平,緩解金黃色葡萄球菌(S.aureus)感染BMECs引起的炎性損傷[28];Na2SeO3通過阻斷巨噬細胞的NF-κB信號通路,降低TNF-α和IL-1β的表達,改善細胞炎癥[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信號通路又受PPARγ調(diào)節(jié),沉默GPx1會抑制PPARγ的基因表達,激活NF-κB信號通路,上調(diào)下游炎性因子的表達[50]。上述結(jié)果提示,硒可以通過GPx-PPARγ-NF-κB信號通路,降低炎癥因子及iNOS的表達水平,減輕細胞炎癥反應(yīng)。

MAPK信號通路是一條關(guān)鍵的氧化還原調(diào)控通路,其激活可進一步誘導(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]。硒可以通過抑制關(guān)鍵蛋白的磷酸化來阻斷MAPK和NF-κB信號通路活化,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)硒通過抑制NF-κB和MAPK信號通路激活,減少炎性細胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6的表達和釋放;畢崇亮[54]通過建立S.aureus感染BMECs模型,證實硒通過調(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和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)等蛋白表達,調(diào)控Nod2/MAPK/mTOR信號通路,從而緩解細胞炎癥反應(yīng)。此外,TrxR作為一種硒蛋白酶,其表達也可以受硒的激活[55]。研究顯示,在BMECs遭受氧化應(yīng)激時,TrxR活性下降,導(dǎo)致MAPK通路激活[56];相反,當(dāng)沉默TrxR基因時,MAPK家族成員p38絲裂原激活蛋白激酶(p38MAPK)、JNK和胞外信號調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)的活化程度得到增強,這提示TrxR活性下降會激活MAPK通路[57]。硒能夠通過促進TrxR1基因和蛋白表達,抑制p38MAPK和JNK/MAPK信號通路的磷酸化水平,從而降低IL-1β和iNOS的基因及蛋白表達,抑制NO的過量釋放[58]。這些研究表明,硒通過TrxR-MAPK-NF-κB信號通路,增強TrxR表達,抑制MAPK磷酸化,降低NF-κB活性,下調(diào)炎性因子的表達,從而發(fā)揮抗炎功能。

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

當(dāng)奶牛受到熱應(yīng)激時,會使體內(nèi)自由基生成增加,大量自由基的產(chǎn)生也會激活機體的免疫系統(tǒng),引起炎癥反應(yīng),形成氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng)的聯(lián)動效應(yīng)。正常情況下,機體可以通過抗氧化系統(tǒng)以及炎癥反應(yīng)的抗炎機制來緩解熱應(yīng)激造成的影響,但夏季長期的熱應(yīng)激條件會使自由基大量生成,超過機體的清除能力,過度的氧化應(yīng)激加重炎癥反應(yīng),而炎癥反應(yīng)通過炎性介質(zhì)又能進一步促進氧化應(yīng)激,損害機體的免疫功能,從而形成惡性循環(huán)[26]。

硒具有促進抗氧化酶表達的作用,可以緩解氧化應(yīng)激。此外,硒還能通過TrxR-MAPK-NF-κB等信號通路降低炎性因子的表達水平。硒蛋白可以直接參與胞內(nèi)信號通路調(diào)節(jié),優(yōu)化信號通路中免疫調(diào)節(jié)物質(zhì)的基因表達,從而有助于修復(fù)免疫穩(wěn)態(tài)[59]。此外,動物試驗結(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,增強機體的免疫功能[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作為評估奶牛乳腺炎和乳品質(zhì)的重要指標,可以反映奶牛機體的免疫狀況,SCC的減少說明機體免疫系統(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,硒可以通過多種途徑調(diào)節(jié)機體的免疫功能,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、機體氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)發(fā)生,嚴重影響奶牛的健康。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)激的營養(yǎng)調(diào)控方案。硒可能通過多種途徑發(fā)揮其緩解熱應(yīng)激的作用,包括通過PPARγ/Nrf2-ARE信號通路促進抗氧化酶的表達,通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)/線粒體應(yīng)激途徑抑制細胞凋亡,通過GPx-PPARγ-NF-κB和TrxR-MAPK-NF-κB信號通路降低炎性因子的表達水平,以及提高機體的免疫功能,從而維持機體氧化應(yīng)激-炎癥反應(yīng)-免疫功能三方聯(lián)動反應(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通路之間的相互聯(lián)系仍有待進一步研究。