围产期奶牛免疫功能障碍及其发生原因

弓剑，晓敏

（内蒙古师范大学生命科学与技术学院，内蒙古呼和浩特010022）

围产期奶牛免疫功能障碍及其发生原因

弓剑*，晓敏

（内蒙古师范大学生命科学与技术学院，内蒙古呼和浩特010022）

围产期奶牛免疫功能障碍是导致乳房炎、子宫炎等疾病发病率提高的主要诱因，严重影响着奶牛的健康及牛奶品质。了解围产期奶牛免疫功能障碍的发生原因，对于提早采取有效措施降低产后疾病发生率，进而提高乳品质具有重要的理论和现实意义。本文综述了围产期奶牛免疫功能障碍及其发生原因。

奶牛；围产期；免疫抑制

对奶牛而言，围产期（产前3周到产后3周）是一个特殊的生理时期。在这一时期，奶牛经历了从乳腺萎缩到快速发育、从胎儿的快速成长到分娩以及从干奶到大量乳的合成和分泌的剧烈生理变化。在这些变化的直接或间接影响下，奶牛机体的免疫功能也发生了显著的改变，对病原刺激不能及时有效地作出适应性应答，表现为免疫抑制或免疫功能障碍。对于妊娠末期和泌乳初期的高产奶牛而言，这种现象表现更为明显。围产期奶牛免疫功能障碍是导致乳房炎、子宫炎等疾病发生率和严重程度提高的主要诱因（Aitken等，2011；Sordillo和Aitken，2009）。目前，关于引起围产期奶牛免疫功能障碍的确切原因还不是很清楚。一些研究表明，围产期奶牛能量和钙代谢的改变、血液或组织中激素水平的变化以及机体氧化还原状况的不平衡可能与该时期奶牛免疫功能障碍有关（Sordillo和Mavangira，2014）。本文就围产期奶牛乳腺免疫功能障碍的表现以及影响因素作一综述。

1　围产期奶牛免疫功能障碍的表现

免疫功能障碍或免疫抑制本身是一个比较抽象的概念，它可能会涉及到各种免疫细胞的多种功能的改变，主要表现为对病原体的敏感度和反应性降低，因而大大提高了奶牛患乳房炎和子宫炎等疾病的风险。Shuster等（1996）研究发现，与泌乳中期相比，泌乳早期奶牛乳腺组织对低剂量大肠杆菌内毒素灌注无明显反应，而乳腺中细菌的增长速度和浓度却持续增高，当加大灌注剂量（灌注活的大肠杆菌）时，奶牛的体温、乳腺中细菌的浓度以及初乳中促炎细胞因子的浓度明显提高。

在免疫系统中，中性粒细胞是机体防御病原微生物入侵的第一道防线，在保护乳腺组织和子宫免受侵袭方面起着至关重要的作用。因此，多数关于围产期奶牛免疫功能抑制方面的研究集中在该时期中性粒细胞数量和功能的变化上（Ingvartsen和Moyes，2013）。中性粒细胞主要通过两种方式杀死入侵的病原微生物。一种是呼吸爆发，即产生活性氧直接杀菌。研究发现，与泌乳中期和产前12 d相比，产后7 d奶牛外周血中性粒细胞胞内、胞外以及总活性氧的浓度明显降低（Paape等，2002；Mehrzad等，2001）。说明奶牛在产后一定阶段，中性粒细胞的杀菌能力降低。另一种是中性粒细胞坏死或调亡后形成的一种特殊结构，称为中性粒细胞外诱捕网（NET），这种结构在血液和乳中的表达水平相近，具有杀菌作用。奶牛外周血中性粒细胞体外培养研究表明，产后7 d NET的表达水平较产前12 d显著降低，但与泌乳中期相比无明显差异（Lippolis等，2006）。中性粒细胞杀伤病原微生物的前提是能够快速迁移到侵染位点。大肠杆菌侵染奶牛乳腺组织的研究表明，中性粒细胞的招募延迟1 h，乳腺组织中大肠杆菌的浓度提高8倍（Hill，1981），与泌乳中期相比，围产后期（产后6~10 d）奶牛乳腺组织中大肠杆菌的浓度明显提高，而外周血中性粒细胞的趋化活性和黏附分子的表达显著降低（Shuster等，1996）。

为数不多的研究试图从基因表达层面探讨围产期奶牛的免疫抑制，寻找对免疫抑制敏感的关键基因，从而为从遗传角度选择繁育抗乳房炎的奶牛提供理论依据。对产前14 d和产后6 h奶牛血液中白细胞全基因组的对比分析研究发现，有18个基因在产前能够正常表达，而在产后，这些基因的表达明显被抑制，进一步分析表明，18个基因中绝大多数与已知的免疫相关基因具有高度的DNA序列同源性（Burton等，2003）。

2　围产期奶牛免疫功能障碍的发生原因

2.1内分泌调节糖皮质激素（皮质醇）是一种已知的免疫抑制剂。糖皮质激素水平的提高可能与围产期奶牛免疫抑制有关（Weber等，2006）。糖皮质激素会影响中性粒细胞的功能，通过下调L-选择蛋白和CD18分子的基因表达降低中性粒细胞的活化以及向感染位点的迁移速率（Burton等，1995）。然而，糖皮质激素仅在产犊时（产前24 h到产后24 h）提高，而免疫抑制却发生在产后的前3周内（Graugnard等，2012；Moyes等，2014）。雌二醇和孕酮也具有类似的变化（Weber等，2001）。说明，围产期奶牛激素水平的变化与免疫抑制的发生并不同步，这种不同步提示，分娩引起的激素水平的改变可能不是导致早期泌乳阶段奶牛免疫抑制的主要原因。为了证实这一假设，一些研究利用乳腺切除术消除乳腺发育和乳的合成对免疫功能的影响后发现，具有正常乳腺的奶牛与切除乳腺的奶牛相比，产犊时（产前24 h到产后24 h）的激素水平无明显不同，淋巴细胞和中性粒细胞的功能均降低，但具有正常乳腺的奶牛这些免疫功能的降低一直延续到产后几周（Nonnecke等，2003）。

2.2能量代谢葡萄糖是生物体主要的供能物质，对维持细胞和组织器官的功能、胎儿的生长以及泌乳起着至关重要的作用，反刍动物主要通过肝脏的糖异生作用生成葡萄糖。与脂肪酸相比，免疫细胞更偏好于以葡萄糖作为供能物质，葡萄糖可以通过提高白细胞的分化和增殖以及中性粒细胞的化学趋化性和吞噬功能以促进免疫功能（Pithon-Curi等，2004）。对二型糖尿患者的研究发现，高血糖增强了中性粒细胞CD66b（中粒细胞脱粒的指示分子）和单核细胞CD11b（参与粘附）的基因表达（De Vries等，2015）。泌乳初期奶牛血液中葡萄糖的浓度很低，可能是导致该时期免疫抑制的一个原因（Ingvartsen和Moyes，2015）。从妊娠末期到早期泌乳阶段，奶牛由于乳腺的快速发育、乳的合成和分泌以及能量摄入量的不足而处于能量负平衡状态，能量负平衡引起脂肪组织动员，进而导致血液中非酯化脂肪酸（NEFA）浓度提高，当血液中的NEFA超过肝脏的利用能力时，就会引起肝脏中甘油三酯的积累以及血液中酮体水平的提高。血液NEFA以及酮体水平的提高可能也和围产期奶牛免疫抑制有关（Contreras和Sordillo，2011；LeBlanc，2012）。一些研究表明，酮体（如β-羟丁酸）水平的提高不利于NET的形成，降低了中性粒细胞的趋化性迁移和吞噬功能以及淋巴细胞的转化率（Ingvartsen和Moyes，2013）。Lacetera等（2004）报道，当奶牛血浆游离脂肪酸浓度升高时，其外周血单核细胞DNA合成、γ干扰素IFN-γ）分泌以及免疫球蛋白M合成均减少，同时降低了中性粒细胞的功能和活力。脂肪酸对免疫功能的影响和脂肪酸的饱和程度有关，饱和脂肪酸（如C12∶0、C14∶0和C16∶0）对免疫功能具有刺激作用，而不饱和脂肪酸（如C18∶1、C18∶2和C20∶4）可抑制免疫反应（Lee等，2006、2004、2001）。然而，目前鲜见围产期奶牛脂肪酸组成对免疫功能影响的相关报道。

围产期奶牛血液中NEFA和酮体水平的提高以及血糖浓度的降低往往同时发生，这些指标的变化均是由能量负平衡引起，因此，多数的研究集中在能量负平衡对围产期奶牛免疫功能的影响上。研究发现，能量负平衡与围产期奶牛免疫抑制呈正相关（Grinberg等，2008；Brassard等，2007）。众所周知，干奶期限制能量摄入是一项常规的管理措施，而在干奶期满足奶牛的能量需要，产后血液中NEFA和β-羟丁酸的浓度以及肝脂的积累均明显降低（Graugnard等，2013；Janovick等，2011）。关于免疫反应，干奶期自由采食降低了奶牛血清中急性期蛋白的含量（Graugnard等，2013），上调了与NET形成、呼吸爆发活性和Toll样受体信号激活相关的关键基因的表达（Moyes等，2014）。

2.3钙代谢从妊娠末期到早期泌乳阶段，奶牛由于大量乳的合成和分泌，不仅对能量的需求增加，而且对钙的需要量也明显增加。钙不仅对乳的合成是必需的，而且钙在细胞（包括免疫细胞）代谢过程中起着信号分子的作用（Todorovic和Davidovic，2013），奶牛产后低血钙水平可能与围产期免疫抑制有关。事实上，当产后奶牛血钙水平发生明显降低之前，细胞内钙水平已显著降低，免疫细胞（单核细胞）内钙水平的降低可能是导致围产期奶牛免疫抑制的一个原因（Kimura等，2006）。

2.4氧化应激活性氧（ROS）是细胞正常代谢过程中产生的一类副产物。细胞内一定浓度的ROS是细胞分化和增殖所必需，同时对机体维持正常的免疫功能起着关键作用。中性粒细胞依靠产生ROS杀死入侵的病原体，许多免疫调节分子（如细胞因子、类花生酸）也离不开ROS的参与（Asehnoune等，2004），近年来的研究发现，低浓度的ROS具有优化炎症反应的作用（Kvietys和Granger，2012）。然而，当ROS的产生速度超过机体抗氧化系统的清除能力时，氧化还原平衡被破坏，氧化应激发生。大量证据表明，从妊娠末期到早期泌乳阶段，奶牛的氧化应激水平呈进程性提高（Sordillo和Aitken，2009）。近期的研究也发现，早期泌乳阶段奶牛血清中丙二醛含量明显提高，总抗氧化能力显著降低（Gong和Xiao，2016）。而且氧化应激可加速脂肪分解，而脂肪分解产生的NEFA在β-氧化过程中又可加速ROS的产生，增强氧化应激水平（Sordillo和Raphael，2013）。尽管氧化应激在反刍动物医学领域是一个相对较新的研究领域，但氧化应激一直被认为是导致围产期奶牛免疫抑制的主要原因（Sordillo和Aitken，2009）。氧化应激主要影响的是炎症反应，温和的炎症反应对于免疫是必需的，最近的研究发现，一定程度的炎症反应是产后奶牛对生理过程的适应而非应激，而且这种适应有利于成功渡过围产期以及后续的乳生产（Farney等，2013），然而氧化应激往往会引起病理学促炎情况发生。泌乳早期氧化应激水平较高时，乳腺促炎细胞因子（Aitken等，2009）以及外周血单核细胞肿瘤坏死因子α（Sordillo等，2006）的基因表达显著提高，而中性粒细胞L-选择蛋白（参与免疫细胞向感染位点的迁移）的基因表达显著降低（Burton等，2003）。

3　小结与展望

围产期奶牛免疫抑制已是不争的事实，了解其发生原因有助于制定有针对性的缓解措施，进而最大限度地提高奶牛的健康水平。能量负平衡是引起围产期奶牛免疫抑制的一个原因，然而反映到具体的指标，如围产期低的血液葡萄糖浓度、高的血液NEFA水平或高的血液酮体水平，是否与免疫抑制直接相关还有待进一步证实；奶牛产后低的血液钙水平可能是引起免疫抑制的原因，然而相关的报道极少，有待进一步研究；围产期奶牛氧化应激水平的提高可能是导致免疫抑制的主要原因，然而关于其机制还不清楚，应该是今后重点研究的领域。

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Dairy cows experience reduced immune function during the transition period from 3 weeks prior to calving to 3 weeks postpartum.This immunosuppression results in an increased incidence of mastitis and metritis，which impact the health of the cows and then result in decreasing milk yield and quality.Therefore，understanding the causes of immunosuppression during the periparturient period has the important theoretical and practical significance on the establishment of nutritional strategies early enough to reduce postpartum incidence of diseases.This paper provided a brief overview of immune dysfunction in periparturient dairy cows and its causes.

dairy cow；periparturient period；immunosuppression

10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20161404

S856.5

A

1004-3314（2016）14-0015-04

国家自然科学基金项目（31560644）；内蒙古自然科学基金项目（2015MS0367）；引进高层次人才科研启动经费项目（2015YJRC005）