NEFAs在酮病奶牛脂肪動員以及氧化應激中的作用

鄒蘇萍，郝 寧，陶煥青，明鵬飛，徐怡鐘，梁 婷，馮士彬，王希春，吳金節，李 玉

(安徽農業大學 動物科技學院，合肥 230036)

奶牛圍產期是以妊娠性非泌乳期到非妊娠性泌乳期的變化來定義的。這段時間跨越分娩前3周和后3周，產奶熱、胎衣不下、子宮炎、酮病、皺胃扭轉、跛行和臨床乳腺炎等疾病均會增加奶牛酮病的發生率[1]。當奶牛處于能量負平衡(negative energy balance，NEB)狀態時，機體通過動員脂肪能量庫以及使骨骼肌成為利用脂肪衍生能量[如非酯化脂肪酸(non-esterified fatty acids，NEFAs)和酮體]的主要位置，從而為胎兒代謝和乳糖的合成提供能量[2]。奶牛酮病、脂肪肝發生過程中的關鍵環節是脂肪酸氧化途徑，脂肪酸在肝臟中不完全氧化的產物為酮體(乙酰乙酸、β-羥丁酸、BHBA及丙酮)。由于酮體不能在肝臟中利用，所以需要將其運送到其他組織中。正常的生理條件下，合成和利用酮體的濃度是相對恒定的。一旦這種平衡打破，將會誘發一系列問題。另外，當圍產期奶牛在脂肪動員時產生過量的NEFAs，由于肝臟利用NEFAs的能力有限，導致脂肪肝的出現。研究表明，血液NEFAs濃度的升高，可誘導氧化應激的發生。本文主要從NEFAs的產生、代謝、脂毒性、細胞內信號轉導以及NEFAs誘發的氧化應激這幾個方面進行綜述，為深入研究奶牛圍產期疾病的發病機制提供依據。

1 NEFAs的產生及水平

奶牛在圍產期的時候引發脂肪動員的發生，是為了適應能量供應不足而做出的調整。自身體能素質低下的奶牛無法適應這種調整，最終導致肝臟中酮體的生成大于其利用率，從而引發酮病[3-4]。相應酶的作用與調節，把脂質甘油三酯分解為甘油和NEFAs為細胞提供能量[5]。胞內產生的NEFAs通過特定的受體運輸到細胞外[6]。NEFAs一旦到細胞外，大部分由白蛋白運輸入血，少部分是以散在單體形式存在于水溶液中[7]。實際上，血液NEFAs的濃度已經被用來作為能量負平衡的檢測指標。在哺乳期晚期和干乳期，NEFAs在血液中的平均濃度低于0.2 mmol//L。從分娩前14 d左右開始，NEFAs濃度開始逐漸升高，在分娩后10 d內濃度達到最高值0.75 mmol/L，這要取決于脂肪動員的程度。當NEFAs水平將超過1.0 mmol/L時，即為酮病奶牛[8]。圍產期奶牛血液NEFAs濃度的升高這一特征，也符合患有2-型糖尿病、新陳代謝綜合征和肥胖綜合征的患者[9-11]。因此，有效檢測NEFAs的水平對于奶牛的健康以及生長性能具有實質性的意義。

2 NEFAs的細胞內新陳代謝

NEFAs是由脂肪動員所產生的，可為不同組織細胞提供能量。研究表明，NEFAs是通過不同機制進入到白細胞和內皮細胞[12]。NEFAs一旦到達細胞質，有多種代謝方式。一些可以通過線粒體β氧化或者細胞內的細胞器如內質網的同化方式作為產能的底物。NEFAs通過代謝產生的脂肪酸除了成為細胞膜磷脂質的主要部分外，一些已知的脂肪酸能附著于蛋白質而改變蛋白質的結構和功能，最普通的例子就是棕櫚酸化[13]。在這個反應中，一個分子的棕櫚酸被某一蛋白質的空間結構包圍，通過這一過程，蛋白質改變了與脂質雙分子層的結合能力，以及其在細胞內的運輸和靶型[14]。因此，棕櫚酸化是在免疫應答時白細胞激活的重要過程[15]。雖然在脂肪動員方面已經取得了一定的進展，但是對于脂肪動員和免疫應答這兩者之間的聯系還有待進一步研究。

脂肪酸調控細胞內某些基因的表達是通過與胞內的特定受體結合來實現的，如過氧化物酶體激活受體(peroxisome proliferators-activatea receptors，PPARs)基因表達是核受體與啟動子特異性結合的結果[16]。不同細胞內炎性應答信號通路的調節可以通過某些飽和脂肪酸如棕櫚酸鹽和硬脂酸鹽(如肌管細胞、脂肪細胞、白細胞和內皮細胞)與其直接或者間接的相互作用來實現的。例如在核因子κB(NF-κB)信號通路中，在內皮細胞中棕櫚酸和硬脂酸都可以激活γB激酶的抑制劑(IκB kinase-β，IKKβ)，因此NF-κB轉錄因子的活性增強[17-18]。棕櫚酸和硬脂酸是TLR-4的激動劑，TLR-4通路可以激活IKKβ[19]。而IKKβ的激活可以提高NF-κB轉錄因子的活性。在脂肪肝奶牛的中性粒細胞中，NEFAs上調TLR-4的表達，介導激活下游NF-κB通路[19]。這一研究進展對于掌握奶牛機體的健康狀況具有重要意義。

3 NEFAs的脂毒性和細胞內信號通路

3.1 脂毒性

脂毒性能導致異常脂肪沉積。異位脂肪沉積或者脂肪變性是由于非脂肪細胞的細胞質內的脂肪累積。NEFAs、NEFAs相關Co-As、二酰甘油、甘油三酯和磷脂質都是脂肪變性相關的常見脂肪代謝物。研究表明，這種癥狀在人的許多器官和組織均有發生[20]。脂肪肝是因為脂肪變性并伴有一定程度的脂肪動員，在畜牧業養殖過程中是一種非常常見的疾病[21]。肝細胞或其他細胞中有過多的脂肪代謝積累就會造成一定的理性損傷，如細胞器形態異變及數量上的降低[22]。

脂毒性能導致細胞凋亡或死亡。細胞的死亡和凋亡可以通過過多的NEFAs或者其他脂肪代謝物的積累被激發?？沟蛲鲆蜃覤cl-2可通過脂肪酸?；鵆o-A和脂肪酸衍生物這些物質來抑制和降低其活性，因此可以促進凋亡[23]。內質網壓力的刺激也會誘導凋亡，而NEFAs和其?；鵆o-A就是影響這種作用的物質。具體過程是內質網可折疊空間的折疊異常，其特點是特定蛋白翻譯能力的降低，內質網壓力的變化、線粒體膜電位和心磷脂的合成都可以激活凋亡過程的發生[24]，而細胞色素c則能夠促進凋亡的發生，一旦被釋放到細胞質中，凋亡級聯反應就會不可逆轉[25]。

3.2 細胞內信號傳導

NEFAs在細胞內的作用機制分為兩種類型：第一，NEFAs有改變蛋白質結構和功能的能力，棕櫚?；褪且坏湫屠?，已知棕櫚酸比較集中于白細胞、肝細胞和脂肪細胞膜磷脂雙分子層，而圍產期與泌乳早期高濃度的棕櫚酸能夠通過棕櫚酸化激活白細胞[15, 26]。第二，NEFAs或其相關的?；せ钅承┬盘栟D導通路是通過與受體結合來實現的，例如細胞內的NF-κB信號通路就是通過NEFAs激活的，活化的NF-κB信號通路能夠誘導特定細胞產生特定的黏附分子；此外該通路還可以增強細胞炎性應答的反應，通過該通路誘導特定因子和受體的轉錄來實現的[27-28]。

另外，一定濃度的棕櫚酸能夠激活大動脈內皮細胞p38MAPK(p38 mitogen-actived protein kinases)信號通路，MAPK(mitogen-actived protein kinases)信號通路又能夠直接被NEFAs激活，進而誘導凋亡[29-30]。這些研究進展為脂肪肝奶牛的治療提供了新的治療靶點。NEFAs在MAPK信號通路中可能的作用機制如圖1所示。

4 NEFAs產生氧化應激

氧化應激是指氧化劑和抗氧化劑在體內的不平衡狀態。脂肪肝奶牛氧化與抗氧化檢測結果顯示，高NEFAs血癥引發氧化應激[31]?；钚匝?Reactive oxygen species，ROS)的產生有兩種途徑：1)在線粒體中，NEFAs及其?；鵆o-As能夠通過減慢電子傳遞鏈電子流速度來增加ROS的產生；2)當被用作產能底物時，脂肪酸在β氧化的過程中增加ROS的產生[32]。而且在脂肪動員時，兩種效應都會顯著的增強，而且身體狀況好且肥胖的奶牛脂肪動員效率比身體狀況差的奶牛高[33]。另外，肥胖奶牛的抗氧化能力比較低[34]。特殊的脂肪酸類型在β氧化時可以產生更多的ROS，如由脂肪酸β氧化的產物棕櫚酸經過一系列的反應，會產生大量的過氧化物，而脂肪酸其他的氧化途徑產生的產物，則會產生氧化物[35]。有研究表明氧化應激會使線粒體的功能發生障礙，最終導致細胞凋亡[36-37]。相關實驗證明該機制是通過ROS-JNK/ERK信號轉導通路誘導肝細胞凋亡實現的[31]。這些研究為進一步了解、預防、治療脂肪肝奶牛提供了一定的理論基礎。

圖1 NEFAs誘導細胞凋亡的信號轉導通路Fig 1 Signal transduction pathway of NEFAs-induced apoptosis

5 總結

圍產期奶牛由于需要大量的能量來產乳和孕育犢牛，很容易導致能量負平衡，圍產期奶牛尤其是肥胖奶牛的脂肪動員會加強。脂肪動員加強的結果是血漿NEFAs濃度和酮體濃度顯著升高，可能會導致酮病的發生。NEFAs具有脂毒性并且能夠通過影響NF-κB和MAPK等炎性通路和凋亡通路來調節細胞的炎性應答和細胞凋亡。肝臟是脂肪代謝的主要器官，NEFAs及其他酮體濃度的升高對肝細胞的影響很大。NEFAs濃度的升高引起氧化應激的產生，應激的信號傳遞主要通過兩條通路介導，分別為JNK(jun N-terminal kinase)和p38通路。對脂肪動員產物NEFAs的產生、利用、作用的研究為進一步了解酮病等脂代謝相關疾病的機理以及信號通路的研究奠定基礎，而NEFAs與促炎和促凋亡的具體調節機制目前尚不清楚，亟待更加深入地研究。

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