添喂5-羟基色氨酸、过瘤胃5-羟基色氨酸对奶牛产奶量及血浆激素水平的影响

2021-01-11曾福祥王丽臧长江刘文涛李晓斌李凤鸣米热古丽伊马木

中国奶牛 2020年12期

曾福祥，王丽，臧长江，刘文涛，李晓斌，李凤鸣，米热古丽·伊马木

（1.新疆农业大学动物科学学院，乌鲁木齐 830052；2.中国奶业协会，北京 100193）

5-羟基色氨酸（5-hydroxytryptophan，5-HTP）是色氨酸（Trp）代谢产物之一，同时也是5-羟色胺（5-HT）和褪黑素（MLT）前体物[1,2]。在动物机体内，色氨酸在色氨酸羟化酶催化下生成5-HTP，而5-HTP能够通过芳香族氨基酸脱羧酶转化成5-HT，继而通过5-羟色胺-N-乙酰转移酶和羟基吲哚-O-甲基转移酶催化转化生成褪黑素。5-HTP能够通过调控机体内5-羟色胺和褪黑素的分泌合成从而起到抗抑郁[3]、改善睡眠[4,5]、抗氧化[6]等多种不同的生物学作用。大量的研究表明，色氨酸及其代谢产物5-HT和褪黑素能够对反刍动物的生产起到积极作用[7,8]；而5-HTP作为色氨酸合成褪黑素的中间产物，其研究则主要集中在对动物生理功能的调控机制上，对奶牛生产性能的研究尚未有相关报道。本研究以奶牛为试验对象，在饲喂TMR基础上，分别添加5-HTP和过瘤胃5-HTP，探究其对奶牛产奶量及血浆激素水平的影响。

1 材料与方法

1．1 试验材料

5-HTP：购自武汉远成共创科技有限公司，纯度为98%；RP 5-HTP：由北京亚禾营养高新技术有限公司加工制作，其中5-HTP含量为50%，过瘤胃率≥85%。

1．2 试验设计

试验在新疆昌吉天山畜牧生物工程股份有限公司良种繁育基地进行。根据年龄（3～5岁）、胎次（2～3胎）、泌乳日龄（170±49d）相近的原则选取30头健康荷斯坦牛，随机分成3组，每组10头牛。对照组饲喂基础日粮，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组分别在基础日粮的基础上添喂20g 5-HTP和48g RP 5-HTP。试验期共45d，其中预试期15d，正试期30d。每隔10d记录奶牛产奶量，预试期内，检查奶牛的健康状况及添加剂的采食情况。于试验第0、10、20、30天奶牛血样。

试验期间，试验奶牛按照牛场规章制度进行管理，散栏饲养。每天07:00、11:00和19:00时，定时投喂TMR。试验Ⅰ、Ⅱ组于每天07:00时分别在TMR基础上添喂5-HTP、RP5-HTP（添加剂与150g精料均匀混合后，均匀铺洒在试验牛食槽饲料上供奶牛采食）；为降低试验误差，对照组奶牛在TMR基础上添加150g精料。每日于05:00、11:00、17:00分3次进行机械挤奶。奶牛自由采食，自由饮水，在圈舍自由活动。每天定时清粪，保持圈舍的清洁。基础饲粮组成及营养水平见表1。

表1 TMR组成及营养水平（风干基础）单位：%

1．3 样品采集处理与测定

1.3.1 饲料样品的采集处理与测定

于试验开始和结束时分别采集饲料样品，采用四分法制备饲料样品，风干后保存备测。干物质（DM）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）根据张丽英的检测方法进行测定[9]；粗蛋白（CP）使用海能K1100全自动凯氏定氮仪测定；粗脂肪（EE）使用海能SOX406脂肪测定仪测定；钙（Ca）含量采用邻-甲酚酞比色法进行测定[10]；磷（P）含量参考GB 6437-2002标准采用钒-钼酸铵比色法测定。

1.3.2 产奶量的测定

在试验第0、10、20和30天采用牛场SAC软件系统测定奶牛产奶量。24h产奶量分别为05:00、11:00、17:00分3次进行机械挤奶后，3次挤奶量相加所得。

1.3.3 血液样品的采集处理与测定

在试验第0、10、20和30天分别于05:00、11:00和17:00时，使用5mL肝素钠抗凝采血管尾静脉采血，每次采血10mL。采血后3 500r/min离心20min分离血浆，用移液枪吸取血浆并分装于2mL Eppendorf管中（每管1.5mL），标记后-20℃保存备用。血液样本送至北京华英生物技术研究所采用试剂盒法（酶免法）测定血浆激素中催乳素（PRL）、生长激素（GH）、胰岛素（INS）的含量。

1．4 数据处理

试验数据用Excel进行初步整理，产奶量使用SAS统计软件中的单因素方差分析进行统计，结果采用平均值±标准差表示，多重比较采用Duncan氏法进行；血浆激素水平使用SAS 9.2中Mixed混合模型统计分析，固定效应有试验处理、试验期及二者之间的交互作用，方差结构采用CS，数据为最小二乘均数，多重比较采用Duncan氏法进行。显著性检验的判断标准为：P>0.05为差异不显著，P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著。

2 结果与分析

2．1 添喂5-羟基色氨酸、过瘤胃5-羟基色氨酸对奶牛产奶量的影响

由表2可知，与对照组相比，试验Ⅱ组产奶量在第20天提高了19.28%（P<0.05），在第10、30天分别提高7.70%和10.16%，但差异均不显著（P>0.05）；试验Ⅰ组产奶量与对照组相比在各时间点差异均不显著（P>0.05）；试验Ⅱ组与Ⅰ组相比在第20天提高26.32%（P<0.01），在第10、30天分别提高9.68%和6.76%，但差异均不显著（P>0.05）。

表2 添喂5-HTP、RP5-HTP对奶牛产奶量的影响（n=10，kg/d）

表3 添喂5-HTP、RP5-HTP对奶牛血浆相关激素水平的影响（n=10）

2．2 添喂5-羟基色氨酸、过瘤胃5-羟基色氨酸对奶牛血浆激素水平的影响

由表3可知，在05:00时，两个试验组血液中PRL、GH含量均呈升高趋势，但与对照组相比差异不显著（P<0.05）；试验Ⅰ、Ⅱ组INS含量与对照组相比分别降低5.71%（P<0.05）和7.96%（P<0.01），试验Ⅰ、Ⅱ组之间差异不显著（P>0.05）。11:00时，试验Ⅰ、Ⅱ组与对照组相比PRL含量分别降低23.46%（P<0.01）和15.76%（P<0.01）；试验Ⅰ、Ⅱ组与对照组相比GH含量分别升高9.22%（P<0.01）和8.29%（P<0.05）；试验Ⅱ组INS含量比对照组低7.77%（P<0.05）；试验Ⅰ、Ⅱ组之间PRL、GH、INS含量差异均不显著（P>0.05）。17:00时，试验Ⅱ组与对照组、试验Ⅰ组相比PRL含量分别提高9.69%（P<0.01）和7.99%（P<0.01），试验Ⅰ组与对照组之间差异不显著（P>0.05）；试验Ⅱ组与对照组、试验Ⅰ组相比GH含量分别提高12.47%（P<0.01）和8.22%（P<0.05），试验Ⅰ组与对照组之间差异不显著（P>0.05）；试验Ⅰ、Ⅱ组与对照组相比INS含量分别降低9.38%（P<0.01）和14.19%（P<0.01），试验Ⅰ、Ⅱ组之间差异不显著（P>0.05）。

3 讨论

3．1 添喂5-羟基色氨酸、过瘤胃5-羟基色氨酸对奶牛产奶量的影响

关于5-HTP对奶牛泌乳性能的研究目前尚未有报道，其作用机制尚不明确。但是5-HTP代谢途径上的其他物质对奶牛泌乳性能和乳腺调控的报道已较多。5-HTP在机体内是Trp的代谢产物，Trp通过色氨酸羟化酶的作用转化成5-HTP，5-HTP在色氨酸脱羧酶作用转化成5-HT，随后经过N-乙酰转移酶和甲氧基转移酶的作用生成MLT。陈俊宏等[11]在泌乳期奶牛日粮中分别添加色氨酸[100g/（头·d）]和过瘤胃色氨酸[220g/（头·d）]，发现产奶量分别提高了14.77%和17.19%。也有研究报道，按500g/（头·d）剂量添加喂过瘤色氨酸，能够显著提高泌乳期瑞士褐牛夜间产奶量[12]。本试验在日粮中添加RP 5-HTP后，奶牛产奶量提高，原因可能是RP 5-HTP顺利通过瘤胃到达肠道后，能够在肠道嗜铬细胞中转化为MLT并释放，提高了血液中MLT水平[13]，继而调控奶牛乳腺细胞的增殖并清除乳腺细胞内自由基，预防乳腺细胞损伤，从而提高产奶量；同时，还有5-HTP经过肠道进入血液，增加血液中5-HTP含量，5-HTP通过血脑屏障后到达松果体，提高松果体5-HT的合成释放，5-HT可刺激下丘脑-垂体释放PRL、GH等激素，从而促进乳腺乳汁分泌[14]。本试验结果中，添喂RP 5-HTP后牛奶产量提高，而添喂5-HTP对产奶量没有明显影响。可能是因为5-HTP在瘤胃内会被直接吸收或者在瘤胃内降解，并未直接被肠道组织吸收，或者是转化为5-HT后直接参与调控机体活动。5-HTP的衍生物是5-HT，有很多研究表明，5-HT是一种调控奶牛泌乳的自分泌/旁分泌局部调控因子。5-HT在奶牛乳腺上皮细胞上有非常多的受体，能够通过与受体结合，调控乳腺上皮细胞增殖和抑制乳蛋白基因表达，低浓度5-HT能够促进奶牛乳腺上皮细胞生长，相反5-HT在高浓度长时间作用后会反馈性地抑制乳腺上皮细胞生长，继而降低产奶量[15]。

3．2 添喂5-羟基色氨酸、过瘤胃5-羟基色氨酸对奶牛血浆激素水平的影响

奶牛泌乳功能是由神经内分泌系统参与调解，然后由乳腺上皮细胞的数量和活性共同作用，从而发挥其泌乳作用[16]。神经内分泌激素通过内分泌、旁分泌和自分泌等方式调控乳腺的生长发育和泌乳。在神经内分泌激素中，PRL负责调控泌乳的启动，而INS和GH负责调控奶牛乳腺功能，促进泌乳能力的持久[17,18]。大量的研究表明，Trp及其代谢产物对动物机体内PRL、GH和INS水平有不同表达和调控作用。陈俊宏等给奶牛饲喂RP Trp后，显著增加了奶牛血浆GH水平，PRL也呈现升高趋势[11]。Kasuya等通过静脉注射方式，给牛补充外源性Trp后，显著提高了脑脊液5-HT水平和血浆GH水平[19]。Murakami等报道在给小鼠脑室注射5-HT后显著增加了血浆GH水平[20]。本试验结果与前人研究结果一致，本试验中，在17:00时试验Ⅱ组PRL显著升高，试验组奶牛血浆GH水平显著提高，原因可能是5-HTP能够提高脑内5-HT水平，而5-HT是一种中枢神经神经递质，能够刺激下丘脑-垂体促进PRL和GH的释放。有研究表明，MLT也能促进GH的分泌[21]。5-HTP经过脱羧、乙酰化和甲基化反应形成MLT后，与下丘脑上的受体结合，刺激丘脑促进GH分泌，但MLT也会抑制PRL的分泌。狄安稞研究证明，MLT既可以直接抑制PRL的分泌，也能够通过抑制促甲状腺释放激素的分泌，抑制PRL的mRNA基因表达，降低PRL的分泌[22]。马友记在对绵羊垂体细胞体外培养时，也证实MLT会抑制PRL的分泌[23]。本试验中，11:00时，PRL含量试验组显著低于对照组，与上述研究结果一致，说明5-HTP能够抑制PRL的分泌，原因可能是5-HTP通过血液进入大脑后，在松果体转化为MLT，刺激下丘脑-垂体，进而抑制PRL分泌。

MLT分泌具有昼夜节律性，白天低晚上高，而INS恰好相反，白天高晚上低。血浆中MLT在较高水平下，同胰岛细胞上的受体MT1、MT2结合后，分别与Gi偶联，使腺苷酸环化酶（Adenylate Cyclase，AC）活性降低，抑制环磷腺苷（Cyclic adenosine monophosphate，cAMP）的释放和蛋白激酶A（Protein kinase A，PKA）活性，从而降低胰岛B细胞内GLP-1和GIP的分泌，最后INS分泌量随胰岛B细胞内促胰岛素分泌的减少而降低[24]。本试验中，对照组与试验组相比，试验组INS含量显著降低，与上述通路结果一致。试验组提高了机体MLT含量是可能出现该结果的原因。本试验中，GH水平提高，INS含量降低，PRL先降低后升高，与产奶量变化以及乳成分变化的趋势一致。说明5-HTP能够通过提高MLT含量，调控奶牛血浆GH、PRL、INS水平，进而影响奶牛泌乳性能，并且以RP 5-HTP效果最好。