硒对围产期奶牛乳腺免疫功能的调节机理研究

Mastitis is one of the most diseases that result in the reduced milk production and quality and huge economic loses in the dairy industry. It is suggested that mastitis may be mainly caused by the decreased mammary immune function during the periparturient period. Selenium has very important role in improving mammary immune function in dairy cows. Therfore,the feeding experiment of dairy cows is used in this project to investigate the change and relationship between selenoprotein synthesis, oxidative stress and immunity, and the effect of selenium on the above changes of mammary gland during the periparturiment period by taking mammary gland,whole blood and milk samples and analyzing the related parameters. On the basis of feeding experiment, the cell culturate in vitro is used and the proinflammatory response of mammary macrophage is induced by lipopolysaccharide to investigate the regulatory mechanism of selenium on mammary immune function by determining the gene expressions and activities of selenoproteins and the gene expressions and phosphorylation levels of the related proteins in NF-κB and MAPK signal pathway. The results would provide a new thought and method for nutritional manupulation to improve mammary gland immune function and the disease resistance in dairy cows.

奶牛乳房炎是影响产奶量、乳品质和奶牛场经济效益的重要因素。围产期奶牛乳腺免疫功能抑制是导致乳房炎发病率提高的根本原因。微量元素硒对乳腺免疫功能具有重要的调控功能。本项目利用体内试验法，活体采集妊娠末期到泌乳早期各个阶段奶牛的乳腺组织，通过分析乳腺硒蛋白合成、氧化应激水平以及免疫细胞因子的变化，并结合血液和乳中免疫相关指标以及外周血中性粒细胞功能的变化，阐明围产期奶牛乳腺硒蛋白合成、氧化应激和免疫功能的变化规律和关系以及硒对上述变化的影响，确定围产期奶牛乳腺免疫抑制的关键时期；进一步利用细胞培养试验，以细菌脂多糖诱导乳腺巨噬细胞的炎症反应，通过分析细胞硒蛋白酶的基因表达和活性以及NF-κB和MAPK信号通路相关分子的基因表达和蛋白磷酸化水平，从细胞和分子水平上揭示硒对乳腺免疫功能的调节机理。研究成果将为奶牛乳腺免疫的营养调控研究和通过营养方式增强奶牛乳腺抗病力方面提供新思路和新方法。

围产期奶牛免疫功能障碍是导致乳房炎及其它代谢性和感染性疾病发病率提高的主要原因。围产期奶牛免疫功能障碍一方面表现为免疫细胞功能降低，另一方面表现为功能异常或不可控的炎症反应。抗氧化能力降低、氧化应激水平提高以及产后代谢功能紊乱是导致围产期奶牛免疫功能障碍的主要诱因。本项目通过体内饲养试验和体外细胞培养试验从炎症反应的角度探讨了硒对围产期奶牛免疫功能的调节及其机理。研究发现：（1）整个泌乳周期中奶牛的抗氧化能力和氧化应激水平明显不同，相比于干奶期和泌乳高峰期，早期泌乳阶段奶牛的抗氧化能力显著降低，氧化应激水平显著提高。（2）围产期不同阶段奶牛的抗氧化能力、氧化应激水平、能量代谢和炎症反应状况发生了明显的改变，表现为产后1周内抗氧化能力降低、氧化应激水平提高、脂肪动员增强、炎症反应增强。（3）产前4周硒添加提高了产后奶牛的硒营养状况，明显缓解了产后3周尤其是产后1周奶牛抗氧化能力的降低、氧化应激水平的提高、脂肪动员和炎症反应的增强。（4）围产期不同阶段奶牛乳腺硒蛋白的合成发生了明显的改变，表现为从产前1周到产后1周硒蛋白的基因表达显著降低，产后促炎细胞因子IL-6的基因表达显著提高。（5）产前4周硒添加显著提高了产前1周到产后1周乳腺硒蛋白的基因表达，降低了产后促炎细胞因子的基因表达。（6）硒添加显著提高了硒缺乏巨噬细胞硒蛋白的基因和蛋白表达以及活性，增强了巨噬细胞的吞噬效率，降低了LPS诱导的活性氧生成和促炎反应，抑制了LPS诱导的细胞凋亡，与分别抑制NF-κB和p38MAPK具有相似的作用效果。（7）在硒添加基础上，分别抑制GPX1、GPX4和TrxR1的活性显著提高了LPS诱导的巨噬细胞的促炎反应、NF-κB和MAPK信号通路的活化及细胞凋亡。研究结果明确了围产期奶牛硒添加的效果，初步阐明了硒的抗炎机制，为奶牛免疫营养调控研究提供了思路和途径，为在奶牛饲养实践中更加科学合理地利用硒提供了强有力的理论支撑。