FGF21与奶牛能量代谢平衡状态的关系

Negative energy balance (NEB) is a common pathlogical foundation of ketosis and fatty liver. Liver and fat tissue are the major organs of lipid metabolism and take part in modulating lipid oxidative capacity and energy demands, which is also a key metabolic pathway that regulates NEB develop during transition period. Fibroblast growth factor-21(FGF21) is a recently discovered protein hormone that plays an importantly and specificly regulating role in adipose lipid metabolism and liver gluconeogenesis for human and mouse. Our aim is to confirm a hypothesis that FGF21 might play the above-mentioned role in dairy cattle with NEB. Non-pregnant, non-lactating dairy cattles will be randomly allocated to our three experimants. By means of molecular biological and biochemical technologies, we will clearly indicate the changed character of FGF21 concentration in blood and gene expression in liver and fat tissue during energy insufficiency, understand a relationship between FGF21 and some characteristic parameters related to energy metabolism in blood, reveal a regulating mechanism of FGF21 on energy balance in dairy cattles. It will be a new theoretical and pratical basis on the preventive strategy of dairy cattle with NEB.

能量负平衡是奶牛酮病和脂肪肝发生的中心环节。肝脏和脂肪组织作为脂类代谢的主要器官，脂肪酸氧化状态和能量需要的适应性调节是控制奶牛围产期能量负平衡的关键代谢途径。成纤维细胞生长因子21（fibroblast growth factor-21, FGF21）是最新发现的一种蛋白激素，对人和鼠肝脏中脂肪代谢、糖异生代谢和体内脂肪代谢具有重要和相当特异性的调节功能，能改善机体能量不足。本项目以FGF21在奶牛能量负平衡时具有同样的调节作用为理论假设，运用分子生物学和生物化学技术，通过对未妊娠和未泌乳奶牛在体实验，从肝脏和脂肪组织FGF21及其受体表达以及血液FGF21和重要中间代谢产物水平入手，明确能量负平衡奶牛体内FGF21变化规律，阐明能量代谢特征性指标与体内FGF21之间的关系，揭示FGF21对奶牛能量代谢平衡的调控作用机制，为奶牛能量负平衡提供相应的防治策略奠定理论基础和实践依据

能量负平衡是奶牛酮病和脂肪肝发生的中心环节。肝脏和脂肪组织作为脂类代谢的主要器官，脂肪酸氧化状态和能量需要的适应性调节是控制奶牛围产期能量负平衡的关键代谢途径。FGF-21是最新发现的一种蛋白激素，对人和鼠肝脏中脂肪代谢、糖异生代谢和体内脂肪代谢具有重要和相当特异性的调节功能，能改善机体能量不足。本项目为了明确在不同能量代谢平衡状态下奶牛血清中FGF-21浓度、肝脏以及脂肪组织中FGF-21及其受体表达量的变化规律；奶牛能量代谢负平衡特征性指标之间的关系以及FGF-21水平变化可能反映的能量代谢状态作为诊断能量负平衡的特征性分子标记物以及外源性FGF-21对血清FGF-21浓度、FGF-21及受体在肝脏和脂肪组织中表达量的影响。实验结果显示：摄入30%维持日粮的实验牛血清FGF-21水平同时显著升高；饲喂120%的维持日粮的实验牛血清FGF-21水平同时显著降低。在实验检测指标中血清FGF-21指标与瘦蛋白(LP)为正相关，与血糖(Glu),β羟丁酸(BHBA)为负相关。在β-羟丁酸指标大于1.6 mmol/L时，血清FGF-21水平小于322.38 ng/mL。能量缺乏增加了FGF-21在肝脏的生成以及血清FGF-21浓度，与此同时，能量缺乏也提高了肝脏及脂肪组织中PPARα、PPARγ以及βKlotho的表达量。在FGFR中，FGFR1与FGFR2在能量摄入不足时在肝脏及脂肪组织中的表达量升高，而FGFR3和FGFR4在脂肪及肝脏组织中的表达量变化不显著。外源性FGF-21的影响，在血液指标中外源性注射FGF-21使血清FGF-21、胰岛素、β羟丁酸和血尿酸水平出现不同程度的上调。在FGF-21及其受体的mRNA表达研究中，βKlotho与PPARα和PPARγ在注射外源性FGF-21后肝脏及脂肪表达量升高显著。综上所述，奶牛血清中FGF-21与酮体存在负相关关系。血清FGF-21、肝脏及脂肪组织中FGF-21及其受体与能量密切相关。FGF-21指标可作为早期检测、评估或辅助诊断的特征性分子标记物，为今后深入探究能量负平衡的发生机理和新的防治策略奠定了研究基础。