围产期奶牛免疫抑制发生原因及其缓解的营养对策

2014-03-22卜登攀南雪梅

动物营养学报 2014年12期

王建孙鹏，2 卜登攀，2，3* 杜洪南雪梅

(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养学国家重点实验室，北京 100193;2.中国农业科学院－世界农用林业中心农用林业与可持续畜牧业联合实验室，北京 100193;

3.东北农业大学，食品安全与营养协同创新中心，哈尔滨 150030)

奶牛围产期是指自妊娠后期(产前3周)至泌乳初期(产后 3周)这一阶段，又称为过渡期［1］。围产期奶牛经历饲粮变化、停止泌乳、胎儿发育、分娩、分泌初乳等一系列内外环境变化的刺激，从而引起奶牛生理、内分泌及新陈代谢系统的变化［2］。围产期奶牛胎儿生长迅速，对母体的营养需求量增加，然而母体本身的干物质采食量却下降，母体因能量摄入不足而易造成能量负平衡。为适应机体的需要，此时奶牛体内糖代谢、脂类物质代谢和矿物质代谢均发生了显著变化［3］。除此之外，奶牛的免疫功能下降，从而出现不同程度的免疫抑制现象。Kehrli等［4］认为围产期奶牛的先天性和获得性免疫防御机能均降低。由于免疫功能下降，这一时期也是传染病的高发期，最常见的疾病为奶牛乳房炎、产褥热、产后败血症和慢性子宫内膜炎等［5］，严重影响奶牛健康，进而导致产后牛奶品质下降。因此，如何缓解围产期奶牛的免疫抑制，应用合理的免疫抑制剂，是奶牛生产中亟待解决的问题，具有深远的意义。

1 免疫抑制产生的主要原因

对奶牛免疫系统而言，围产期是极具挑战的时期，与免疫抑制息息相关［6］。就目前研究显示，引发围产期奶牛免疫抑制的因素众多。有奶牛自身因素，也有外界环境变化造成的应激，但是具体哪一种因素引发免疫抑制的机制尚不清楚，需要进一步探索。

1.1 奶牛自身因素

研究表明，与妊娠期和泌乳期相比，围产期奶牛内分泌状态发生显著变化，尽管此时机体所需营养物质增加，但是采食量却显著下降，导致机体能量失衡［7］。处于能量负平衡状态的围产期奶牛，为缓解能量负平衡，其体内脂肪组织动员增加。Zerbe等［8］在研究围产期奶牛肝脏三酰甘油(TAG)的含量与中性粒细胞(PMN)的免疫功能之间的关系时，发现提高产后第1周和第2周肝脏TAG的含量与来自血液和子宫的PMN功能降低有关。Suriyasathaporn等［9］研究发现奶牛能量负平衡影响机体调理素的产生，使得机体吞噬细胞吞噬功能降低。

1.2 外界环境和其他因素

处于热应激状态下的奶牛，其免疫功能受到抑制，此作用机理主要是通过大脑调控免疫功能，肾上腺皮质激素和交感神经的免疫修饰作用来实现的［10］。李建国等［11］在研究热应激对泌乳期奶牛血液生化指标的影响时发现，热应激期(6—8月)与非应激期(3—5月，12—5月)相比，热应激可显著降低荷斯坦牛血清中γ－球蛋白水平，说明奶牛处于热应激时其血清免疫球蛋白的合成能力下降。Lacetera等［12］研究发现，夏季奶牛在产前，免疫球蛋白M(IgM)的分泌水平极显著高于春季。

分娩应激同样会影响围产期奶牛的免疫功能，崔群维等［13］研究发现，奶牛在围产期，特别是在产前后出现免疫抑制，可能与其细胞因子白细胞介素(IL)-2、IL-4 mRNA表达量下调及T淋巴细胞亚群分化抗原簇(CD)3+、CD4+、CD8+的数量和比例发生变化有关。

氧化应激使得围产期奶牛对疾病的易感性增加，可能是由于免疫细胞对氧化应激作用非常敏感，当免疫细胞受到刺激时产生大量的活性氧簇［14］，而当机体产生的活性氧簇超过抗氧化物质的防御机制时即会发生氧化应激［15］，引起细胞(包括免疫细胞)或组织广泛损伤和功能缺失，从而降低围产期奶牛的免疫功能。

当饲粮中缺乏某些微量元素时，也会造成免疫抑制。研究发现，钙离子可以提高T淋巴细胞对抗原的敏感性，因为钙离子具有改变脂质分子的功能，帮助T淋巴细胞的活化［16］。尤其是在泌乳初期，大量钙被用于乳汁合成，奶牛往往处于钙负平衡状态，而钙是细胞内代谢和多种细胞类型信号传导所必需的，因此当围产期奶牛出现低钙情况时会出现免疫抑制的情况。除此之外激素变化也是免疫抑制发生的原因之一。例如当动物处于应激状态时，机体分泌的皮质醇水平增加，影响动物血液中干扰素水平与淋巴细胞转化能力［17］。

2 缓解围产期免疫抑制的营养对策

多项研究表明，围产期奶牛淋巴细胞的增殖能力下降，PMN功能明显减弱，淋巴细胞亚群发生一定的动态变化。研究发现荷斯坦青年母牛在产前2周，外周血淋巴细胞反应性下降，产后2周逐渐回升［18］;且奶牛产前和产后血液中游离脂肪酸(NEFA)和β－羟丁酸(BHBA)水平升高，引起白细胞趋化能力和吞噬能力降低，进一步导致乳腺对乳房炎病原体的敏感性升高［8］。此外，奶牛体内白细胞随产期临近呈逐渐增殖过程，产后9 h开始减弱，到产后第3天恢复至正常值［19］。Kimura等［20］研究还发现CD4+和CD8+细胞的数量在产前显著降低，在分娩时达到最低，直到产后2周才恢复到产前水平，证明免疫抑制的发生可能与产前T淋巴细胞数量减少有关。由于奶牛免疫功能低下，围产期也是奶牛传染病高发的时期，奶牛产后疾病发生率的统计数据表明，产后10 d内是奶牛乳房炎、酮病、消化道疾病和蹄叶炎等的高发期［21］。

诸多研究表明，采取有效措施预防围产期疾病，则整个泌乳期奶牛的发病率将会降低90%，泌乳期的产奶量也将有大幅提高。目前向围产期奶牛饲粮中添加维生素、微量元素或中草药类添加剂已成为缓解奶牛围产期免疫抑制和提高奶牛免疫功能的研究热点［22－23］。

2.1 维生素类

2.1.1 维生素 A

维生素A作为一种免疫抑制缓解剂，几乎影响免疫系统各个部分，在适当浓度下可提高机体的细胞免疫、体液免疫反应性，增强机体的抗感染能力［24］。随着维生素 A添加水平的提高，小鼠Th2型免疫应答增强，但小鼠Th1型免疫应答抑制，Th2型免疫应答占优势;降低维生素A添加水平则相反，Th1型免疫应答增强，而Th2型免疫应答抑制，机体免疫平衡趋向于Th1型免疫应答［25］。研究表明饲粮中添加 110或 165 IU/kg BW的维生素A，可增加围产期奶牛血液中免疫球蛋白的数量，显著提高产后7 d白细胞的数量，提高奶牛在围产期的免疫机能，降低奶牛罹患子宫内膜炎、乳房炎、胎衣不下等疾病的发病率［26］，而当奶牛饲粮中补饲高剂量维生素A(220 IU/kg BW)时可显著提高血清免疫球蛋白A(IgA)和肿瘤坏死因子－α(TNF-α)水平［27］。维生素 A 提高免疫功能机制可能因为维生素A可以保持生物膜的强度，促进T、B淋巴细胞的协同性，刺激抗体的产生，加强细胞的吞噬功能，在PMN、单核细胞、淋巴细胞的生长和分化中起重要作用。

2.1.2 维生素 E

维生素E又叫生育酚，具有抗氧化功能，保护免疫细胞免受活性氧的损害，维持免疫细胞及组织的完整性，增强机体的抵抗力［28］。研究发现，补充维生素E可提高动物的免疫功能［29－34］。围产期奶牛基础饲粮中添加2.43 IU/kg BW 的维生素E可以增加血液中白细胞和免疫球蛋白的数量，降低血清中皮质醇水平，增强抗氧化功能，提高围产期奶牛机体的免疫功能，很好地缓解分娩和泌乳造成的应激［35］，并且可以促进奶牛产后初期血液PMN和巨噬细胞的功能［36］。饲粮中添加维生素E可以在一定程度上预防产后围产期奶牛的常见疾病，改善奶牛的体质［37－38］。马露［27］发现奶牛饲粮中添加高剂量维生素E(1.6 IU/kg BW)可显著提高血清中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。维生素E增强动物免疫性能的机制可能在于它改变机体免疫细胞的数量，刺激巨噬细胞的增殖，增强中性粒细胞的杀伤能力，还可以作为免疫调节物来调节细胞调节素的合成。

2.1.3 维生素 D

维生素D主要调节机体钙、磷的代谢，且有D2和 D32种形式。1，25－二羟基维生素 D3［1，25-(OH)2D3］是维生素 D3的活性代谢产物，是一种在免疫系统中发挥重要调节作用的类固醇激素。Nonnecke 等［39］应用体外法研究1，25-(OH)2D3对正常奶牛外周血单核白细胞(MNL)增殖和表型的影响时发现，体外添加1，25-(OH)2D3可以调节 MNL的增殖和分化，进一步证明改变围产期奶牛血清或组织中1，25-(OH)2D3浓度对于奶牛的免疫功能具有调节作用。研究报道饲粮中补充105 IU的维生素D3，可显著增加PMN数量及免疫球蛋白的水平，缓解围产期奶牛血液中免疫球蛋白含量和T淋巴细胞亚群数量的减少，改善围产期奶牛的免疫功能［40］，但是高剂量维生素D却抑制免疫细胞的功能［41］。1，25-(OH)2D3还可以促进 B 淋巴细胞分化，以提高奶牛的免疫功能［39，42］。1，25-(OH)2D3增强免疫反应的机制可能是促进单核细胞前体转化为单核细胞，从而诱导单核巨噬细胞对病原微生物及肿瘤细胞的杀伤作用。

2.2 微量元素

2.2.1 硒

近年来，越来越多的高职院校重视校友工作，把校友资源的开发与管理作为推进学校事业发展的重要方面，校友工作在组织建设、制度建设、平台建设、载体建设等方面逐渐完善并不断创新。但目前校友工作仍然以开展基于校友“感恩”、“回馈”等心理的校友值年返校、校友讲座、校友捐赠等活动为主[1]，单向索取、功利性强，双向服务、互惠性弱，缺乏号召力和凝聚力，难以获得校友的认同、支持和拥护，缺乏应有的活力和可持续性[2-4]。

硒是一种动物必需的微量元素，是谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的重要组成成分。饲粮中添加硒制剂可防止氧化应激对免疫细胞的损伤，增强T淋巴细胞对抗原的杀伤性的细胞毒作用，提高 T 淋巴细胞的免疫功能［43］。黄志坚等［44］发现奶牛补硒一段时间后T淋巴细胞数量增多，外周血中淋巴细胞的转化能力提升，机体的抗病力增强。Ndiweni等［45］研究表明，在干奶期和泌乳期对奶牛补硒，可显著提高溶菌酶活性和杀菌能力，此外奶牛补硒可显著增强PMN的无定向移动功能和吞噬能力。Cao等［46］研究表明，在饲粮基础上补硒时，牛外周血淋巴细胞对刀豆素A(Con A)刺激的增殖效应显著高于缺硒饲粮组。高元等［47］报道，补硒(0.1 mg/kg)可显著提高吞噬细胞的吞噬指数，提高淋巴细胞分泌的IL-6的活性，影响机体细胞免疫功能。硒可增强T淋巴细胞的转化，有一定的激活体液免疫的作用，其机制可能在于硒调节细胞中巯基化合物的存在方式，进而调节免疫细胞的增殖和分化［48］。

2.2.2 铬

铬不仅可以通过协同作用增强胰岛素的功能，还可以作为强有力的免疫调节剂影响动物的免疫功能［49］。给围产后期奶牛添加酵母铬(铬含量为0.8 mg/kg DM)，可提高白细胞和淋巴细胞的数量及外周血淋巴细胞的转化能力，增加淋巴细胞在白细胞中的比例，提高免疫球蛋白的水平，降低皮质醇水平，解除皮质醇对奶牛免疫抑制［50］。Faldyna等［51］指出，奶牛接种破伤风毒素疫苗后，饲粮中添加铬可加强抗体的活动。Burton等［52］研究表明在围产期和泌乳早期奶牛饲粮添加螯合铬可显著调节机体免疫功能，并且分离而得的淋巴细胞对Con A刺激的母细胞反应增强。铬影响动物免疫的机制可能是铬影响RNA的合成以及DNA的完整性，对于免疫系统这种高度增生的系统需要较高的铬，此外铬还影响机体调节蛋白质的合成。

2.2.3 铜

作为必需微量元素的铜，参与机体多种酶的构成，这些酶组成机体防御系统，增加细胞抗炎症和抗氧化功能，对增强动物免疫性能具有重要作用［53］。铜参与血清免疫球蛋白的构成，还通过T淋巴细胞和换型白细胞而影响机体免疫反应［54］。Nemec等［55］在对比添加无机硫酸盐形式和螯合形式的铜、锰及锌对PMN活性的影响时发现，不同处理对PMN的功能没有影响，只有在泌乳天数较大牛群中的有机螯合处理增强了PMN功能。与无机盐相比，补充螯合形式的铜(21 mg/kg)可能会增强泌乳早期奶牛的免疫功能。关于铜影响动物免疫机能的机理，多数学者认为铜可以以酶的形式参与超氧阴离子自由基清除，并通过抗氧化功能保护生物膜结构和功能的完整，实现对免疫功能的调节。

2.2.4 锌

2.3 中草药类添加剂

中草药作为天然药物，药性温和，不易产生耐药性，几乎可调节机体免疫的各环节。研究发现，中草药具有改善免疫器官功能，促进免疫细胞分化发育，增强屏障防御功能，提高单核细胞的吞噬功能，促进自然杀伤(NK)细胞的杀伤作用，促进补体、细胞因子的产生，促进红细胞的免疫功能等免疫作用［59］。

2.3.1 当归类

当归是多年生草本植物，具有补血活血，调节机体免疫等作用，其主要有效成分有阿魏酸和藁本内酯以及多糖。当归对细胞免疫、体液免疫、单核巨噬细胞、细胞因子诱生都有影响［60］。张世昌等［61］研究表明，围产期奶牛饲粮中添加当归提取物对部分产后疾病具有显著的预防作用，含当归提取物的蛋白质颗粒料作为奶牛围产期天然保健药物可提高奶牛抵抗力，使奶牛抗感染能力增强。吕世静等［62］研究表明，给正常小鼠注射当归注射液，巨噬细胞的吞噬能力提高，并且增强了溶酶菌的活力和B淋巴细胞的功能，提高体液免疫及非特异性免疫功能。

2.3.2 益母草类

益母草为唇形科植物，是一种传统中药材，对心血管系统、子宫乳腺、血液系统及免疫系统都有一定的影响［63］，还具有保护心肌，镇痛、抗炎，提高免疫功能等作用。围产期添加加味益母汤，奶牛血液中的白细胞数量在围产后期(0、7、14 d)可显著降低，产后红细胞数量显著增加，血小板含量呈现升高趋势，奶牛抗炎反应和产后免疫功能增强［64］。杜金梁等［65］用复方益母生化散栓剂治疗患有子宫内膜炎的奶牛，发现奶牛IgG、IgA水平显著升高，表明复方益母生化散能够增强机体的体液免疫功能，提高血清中免疫球蛋白水平。吕建存等［66］在奶牛产前15 d喂服加味四君子散(党参 100 g，白术 80 g，茯苓 75 g，甘草 60 g，当归50 g，牡蛎35 g)，连续5 d，产后喂服益母生化散1剂(益母草 180 g，当归 100 g，川芎 70 g，桃仁70 g，炮姜40 g，炙甘草40 g)，发现奶牛血浆IL-2、干扰素－γ(IFN-γ)和 TNF-α 水平均显著提高;此后还发现试验组奶牛血清中甲状腺激素水平显著增高，间接提高了奶牛免疫功能［67］。益母草提高免疫功能的机制可能在于其含有多糖、二萜与免疫相关的有效成分。多糖可以激活免疫细胞，活化补体，促进细胞因子的生成，而二萜对由Con A活化的T淋巴细胞有较强的增殖作用。

2.3.3 中草药组方

郑会超［68］发现补饲加减白虎汤中药组方(主要成分含生药、生石膏、板蓝根、荷叶、菊花、甘草)的试验组IL-2R/IL-2值较高，证明加减白虎汤可以矫正热应激奶牛的过度非特异性免疫反应。孙齐英［69］给奶牛饲喂中药添加剂(主要成分含生石膏、甘草、声根、夏枯草)发现，试验组奶牛第14、28和42天淋巴细胞百分含量、外周血淋巴细胞总数以及IgG水平均显著提高，说明该中药添加剂可明显提高奶牛的免疫功能。冯志华［70］研究发现饲粮中添加适量蒺藜皂苷(gross saponin of tribulus terrestris，GSTT)，奶牛血清 IgG和 IgM 的水平显著提高，血清中IgA水平亦呈现升高趋势，说明添加适宜水平的GSTT可以改善奶牛机体的免疫功能。张淼涛等［71］研究发现奶牛饲粮中添加中药添加剂(主要成分含当归、川芎、芍药、黄芪、蒲公英、丹参、益母草)，可显著提高PMN的吞噬功能。

3 小结

围产期是奶牛的特殊生理时期，是影响奶牛产后机体健康的关键阶段。研究围产期免疫抑制发生原因及缓解对策，可以最大限度地改善奶牛的健康水平。以往的研究虽多是采用添加维生素、微量元素以及中药添加剂，在使用时仍要注意研究添加剂量的问题，尤其是涉及重金属等风险因子，以免造成动物中毒及动物产品的污染。此外，还应研究添加方式、添加时间、添加剂的储存方式、环境卫生状况及与饲粮中其他添加剂的互作效应。近年来有学者通过皮下注射共价结合到聚乙二醇的重组牛集落刺激因子，或直接在饲粮中添加溶酶菌，或口服脂多糖和脂磷壁酸以增加围产期奶牛免疫功能。开发生产无污染、无残留、优质、安全、高效的添加剂是绿色奶业研究的重要方向，本课题组目前正在研发新型奶牛微生物饲料添加剂，用于缓解围产期奶牛免疫抑制的作用。对于进一步缓解围产期奶牛免疫抑制的研究仍需要我们进一步探索，从而为优质生鲜乳的生产奠定基础。

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