圍產期奶牛免疫功能障礙及其發生原因

弓劍，曉敏

（內蒙古師范大學生命科學與技術學院，內蒙古呼和浩特010022）

圍產期奶牛免疫功能障礙及其發生原因

弓劍*，曉敏

（內蒙古師范大學生命科學與技術學院，內蒙古呼和浩特010022）

圍產期奶牛免疫功能障礙是導致乳房炎、子宮炎等疾病發病率提高的主要誘因，嚴重影響著奶牛的健康及牛奶品質。了解圍產期奶牛免疫功能障礙的發生原因，對于提早采取有效措施降低產后疾病發生率，進而提高乳品質具有重要的理論和現實意義。本文綜述了圍產期奶牛免疫功能障礙及其發生原因。

奶牛；圍產期；免疫抑制

對奶牛而言，圍產期（產前3周到產后3周）是一個特殊的生理時期。在這一時期，奶牛經歷了從乳腺萎縮到快速發育、從胎兒的快速成長到分娩以及從干奶到大量乳的合成和分泌的劇烈生理變化。在這些變化的直接或間接影響下，奶牛機體的免疫功能也發生了顯著的改變，對病原刺激不能及時有效地作出適應性應答，表現為免疫抑制或免疫功能障礙。對于妊娠末期和泌乳初期的高產奶牛而言，這種現象表現更為明顯。圍產期奶牛免疫功能障礙是導致乳房炎、子宮炎等疾病發生率和嚴重程度提高的主要誘因（Aitken等，2011；Sordillo和Aitken，2009）。目前，關于引起圍產期奶牛免疫功能障礙的確切原因還不是很清楚。一些研究表明，圍產期奶牛能量和鈣代謝的改變、血液或組織中激素水平的變化以及機體氧化還原狀況的不平衡可能與該時期奶牛免疫功能障礙有關（Sordillo和Mavangira，2014）。本文就圍產期奶牛乳腺免疫功能障礙的表現以及影響因素作一綜述。

1　圍產期奶牛免疫功能障礙的表現

免疫功能障礙或免疫抑制本身是一個比較抽象的概念，它可能會涉及到各種免疫細胞的多種功能的改變，主要表現為對病原體的敏感度和反應性降低，因而大大提高了奶牛患乳房炎和子宮炎等疾病的風險。Shuster等（1996）研究發現，與泌乳中期相比，泌乳早期奶牛乳腺組織對低劑量大腸桿菌內毒素灌注無明顯反應，而乳腺中細菌的增長速度和濃度卻持續增高，當加大灌注劑量（灌注活的大腸桿菌）時，奶牛的體溫、乳腺中細菌的濃度以及初乳中促炎細胞因子的濃度明顯提高。

在免疫系統中，中性粒細胞是機體防御病原微生物入侵的第一道防線，在保護乳腺組織和子宮免受侵襲方面起著至關重要的作用。因此，多數關于圍產期奶牛免疫功能抑制方面的研究集中在該時期中性粒細胞數量和功能的變化上（Ingvartsen和Moyes，2013）。中性粒細胞主要通過兩種方式殺死入侵的病原微生物。一種是呼吸爆發，即產生活性氧直接殺菌。研究發現，與泌乳中期和產前12 d相比，產后7 d奶牛外周血中性粒細胞胞內、胞外以及總活性氧的濃度明顯降低（Paape等，2002；Mehrzad等，2001）。說明奶牛在產后一定階段，中性粒細胞的殺菌能力降低。另一種是中性粒細胞壞死或調亡后形成的一種特殊結構，稱為中性粒細胞外誘捕網（NET），這種結構在血液和乳中的表達水平相近，具有殺菌作用。奶牛外周血中性粒細胞體外培養研究表明，產后7 d NET的表達水平較產前12 d顯著降低，但與泌乳中期相比無明顯差異（Lippolis等，2006）。中性粒細胞殺傷病原微生物的前提是能夠快速遷移到侵染位點。大腸桿菌侵染奶牛乳腺組織的研究表明，中性粒細胞的招募延遲1 h，乳腺組織中大腸桿菌的濃度提高8倍（Hill，1981），與泌乳中期相比，圍產后期（產后6~10 d）奶牛乳腺組織中大腸桿菌的濃度明顯提高，而外周血中性粒細胞的趨化活性和黏附分子的表達顯著降低（Shuster等，1996）。

為數不多的研究試圖從基因表達層面探討圍產期奶牛的免疫抑制，尋找對免疫抑制敏感的關鍵基因，從而為從遺傳角度選擇繁育抗乳房炎的奶牛提供理論依據。對產前14 d和產后6 h奶牛血液中白細胞全基因組的對比分析研究發現，有18個基因在產前能夠正常表達，而在產后，這些基因的表達明顯被抑制，進一步分析表明，18個基因中絕大多數與已知的免疫相關基因具有高度的DNA序列同源性（Burton等，2003）。

2　圍產期奶牛免疫功能障礙的發生原因

2.1內分泌調節糖皮質激素（皮質醇）是一種已知的免疫抑制劑。糖皮質激素水平的提高可能與圍產期奶牛免疫抑制有關（Weber等，2006）。糖皮質激素會影響中性粒細胞的功能，通過下調L-選擇蛋白和CD18分子的基因表達降低中性粒細胞的活化以及向感染位點的遷移速率（Burton等，1995）。然而，糖皮質激素僅在產犢時（產前24 h到產后24 h）提高，而免疫抑制卻發生在產后的前3周內（Graugnard等，2012；Moyes等，2014）。雌二醇和孕酮也具有類似的變化（Weber等，2001）。說明，圍產期奶牛激素水平的變化與免疫抑制的發生并不同步，這種不同步提示，分娩引起的激素水平的改變可能不是導致早期泌乳階段奶牛免疫抑制的主要原因。為了證實這一假設，一些研究利用乳腺切除術消除乳腺發育和乳的合成對免疫功能的影響后發現，具有正常乳腺的奶牛與切除乳腺的奶牛相比，產犢時（產前24 h到產后24 h）的激素水平無明顯不同，淋巴細胞和中性粒細胞的功能均降低，但具有正常乳腺的奶牛這些免疫功能的降低一直延續到產后幾周（Nonnecke等，2003）。

2.2能量代謝葡萄糖是生物體主要的供能物質，對維持細胞和組織器官的功能、胎兒的生長以及泌乳起著至關重要的作用，反芻動物主要通過肝臟的糖異生作用生成葡萄糖。與脂肪酸相比，免疫細胞更偏好于以葡萄糖作為供能物質，葡萄糖可以通過提高白細胞的分化和增殖以及中性粒細胞的化學趨化性和吞噬功能以促進免疫功能（Pithon-Curi等，2004）。對二型糖尿患者的研究發現，高血糖增強了中性粒細胞CD66b（中粒細胞脫粒的指示分子）和單核細胞CD11b（參與粘附）的基因表達（De Vries等，2015）。泌乳初期奶牛血液中葡萄糖的濃度很低，可能是導致該時期免疫抑制的一個原因（Ingvartsen和Moyes，2015）。從妊娠末期到早期泌乳階段，奶牛由于乳腺的快速發育、乳的合成和分泌以及能量攝入量的不足而處于能量負平衡狀態，能量負平衡引起脂肪組織動員，進而導致血液中非酯化脂肪酸（NEFA）濃度提高，當血液中的NEFA超過肝臟的利用能力時，就會引起肝臟中甘油三酯的積累以及血液中酮體水平的提高。血液NEFA以及酮體水平的提高可能也和圍產期奶牛免疫抑制有關（Contreras和Sordillo，2011；LeBlanc，2012）。一些研究表明，酮體（如β-羥丁酸）水平的提高不利于NET的形成，降低了中性粒細胞的趨化性遷移和吞噬功能以及淋巴細胞的轉化率（Ingvartsen和Moyes，2013）。Lacetera等（2004）報道，當奶牛血漿游離脂肪酸濃度升高時，其外周血單核細胞DNA合成、γ干擾素IFN-γ）分泌以及免疫球蛋白M合成均減少，同時降低了中性粒細胞的功能和活力。脂肪酸對免疫功能的影響和脂肪酸的飽和程度有關，飽和脂肪酸（如C12∶0、C14∶0和C16∶0）對免疫功能具有刺激作用，而不飽和脂肪酸（如C18∶1、C18∶2和C20∶4）可抑制免疫反應（Lee等，2006、2004、2001）。然而，目前鮮見圍產期奶牛脂肪酸組成對免疫功能影響的相關報道。

圍產期奶牛血液中NEFA和酮體水平的提高以及血糖濃度的降低往往同時發生，這些指標的變化均是由能量負平衡引起，因此，多數的研究集中在能量負平衡對圍產期奶牛免疫功能的影響上。研究發現，能量負平衡與圍產期奶牛免疫抑制呈正相關（Grinberg等，2008；Brassard等，2007）。眾所周知，干奶期限制能量攝入是一項常規的管理措施，而在干奶期滿足奶牛的能量需要，產后血液中NEFA和β-羥丁酸的濃度以及肝脂的積累均明顯降低（Graugnard等，2013；Janovick等，2011）。關于免疫反應，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），上調了與NET形成、呼吸爆發活性和Toll樣受體信號激活相關的關鍵基因的表達（Moyes等，2014）。

2.3鈣代謝從妊娠末期到早期泌乳階段，奶牛由于大量乳的合成和分泌，不僅對能量的需求增加，而且對鈣的需要量也明顯增加。鈣不僅對乳的合成是必需的，而且鈣在細胞（包括免疫細胞）代謝過程中起著信號分子的作用（Todorovic和Davidovic，2013），奶牛產后低血鈣水平可能與圍產期免疫抑制有關。事實上，當產后奶牛血鈣水平發生明顯降低之前，細胞內鈣水平已顯著降低，免疫細胞（單核細胞）內鈣水平的降低可能是導致圍產期奶牛免疫抑制的一個原因（Kimura等，2006）。

2.4氧化應激活性氧（ROS）是細胞正常代謝過程中產生的一類副產物。細胞內一定濃度的ROS是細胞分化和增殖所必需，同時對機體維持正常的免疫功能起著關鍵作用。中性粒細胞依靠產生ROS殺死入侵的病原體，許多免疫調節分子（如細胞因子、類花生酸）也離不開ROS的參與（Asehnoune等，2004），近年來的研究發現，低濃度的ROS具有優化炎癥反應的作用（Kvietys和Granger，2012）。然而，當ROS的產生速度超過機體抗氧化系統的清除能力時，氧化還原平衡被破壞，氧化應激發生。大量證據表明，從妊娠末期到早期泌乳階段，奶牛的氧化應激水平呈進程性提高（Sordillo和Aitken，2009）。近期的研究也發現，早期泌乳階段奶牛血清中丙二醛含量明顯提高，總抗氧化能力顯著降低（Gong和Xiao，2016）。而且氧化應激可加速脂肪分解，而脂肪分解產生的NEFA在β-氧化過程中又可加速ROS的產生，增強氧化應激水平（Sordillo和Raphael，2013）。盡管氧化應激在反芻動物醫學領域是一個相對較新的研究領域，但氧化應激一直被認為是導致圍產期奶牛免疫抑制的主要原因（Sordillo和Aitken，2009）。氧化應激主要影響的是炎癥反應，溫和的炎癥反應對于免疫是必需的，最近的研究發現，一定程度的炎癥反應是產后奶牛對生理過程的適應而非應激，而且這種適應有利于成功渡過圍產期以及后續的乳生產（Farney等，2013），然而氧化應激往往會引起病理學促炎情況發生。泌乳早期氧化應激水平較高時，乳腺促炎細胞因子（Aitken等，2009）以及外周血單核細胞腫瘤壞死因子α（Sordillo等，2006）的基因表達顯著提高，而中性粒細胞L-選擇蛋白（參與免疫細胞向感染位點的遷移）的基因表達顯著降低（Burton等，2003）。

3　小結與展望

圍產期奶牛免疫抑制已是不爭的事實，了解其發生原因有助于制定有針對性的緩解措施，進而最大限度地提高奶牛的健康水平。能量負平衡是引起圍產期奶牛免疫抑制的一個原因，然而反映到具體的指標，如圍產期低的血液葡萄糖濃度、高的血液NEFA水平或高的血液酮體水平，是否與免疫抑制直接相關還有待進一步證實；奶牛產后低的血液鈣水平可能是引起免疫抑制的原因，然而相關的報道極少，有待進一步研究；圍產期奶牛氧化應激水平的提高可能是導致免疫抑制的主要原因，然而關于其機制還不清楚，應該是今后重點研究的領域。

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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

國家自然科學基金項目（31560644）；內蒙古自然科學基金項目（2015MS0367）；引進高層次人才科研啟動經費項目（2015YJRC005）