动物营养学报    2019, Vol. 31 Issue (7): 3174-3180    PDF    
5-羟色胺对围产期母羊生产性能及血浆和乳中钙转运相关生化指标的影响
桑丹1,2 , 娜美日嘎1,2 *, 孙海洲2 , 金鹿2 , 张崇志2 , 李胜利2 , 王双锁3 , 刘拥军3 , 敖长金1     
1. 内蒙古农业大学动物科学学院, 呼和浩特 010018;
2. 内蒙古农牧业科学院动物营养与饲料研究所, 呼和浩特 010031;
3. 乌拉特前旗家畜改良工作站, 巴彦淖尔 014400
摘要: 本试验旨在研究5-羟色胺(5-HT)对围产期母羊生产性能及血浆和乳中钙转运相关生化指标的影响。试验选用30只巴美肉羊母羊,按体重随机分为3组,分别为对照组、5-羟基色胺酸(5-HTP)组(灌注5-HTP)和色氨酸(Trp)组(灌注Trp),每组10只。在母羊围产期产前第7天至产后第0天,进行颈静脉灌注,5-HTP和Trp的灌注剂量均为0.178 mg/kg BW,浓度为0.1 mg/mL;对照组灌注同等剂量的生理盐水。试验期为产前第7天至产后第30天。结果表明:1)各组间母羊体重无显著差异(P>0.05)。产后第5、9和15天,Trp组母羊泌乳量均低于对照组(P>0.05);产后第9和15天,5-HTP组母羊泌乳量均高于对照组(P>0.05)。产后第16~30天,5-HTP组羔羊平均日增重显著高于对照组(P < 0.05)。2)产后第15天,Trp组血浆和乳中钙浓度显著高于对照组(P < 0.05);产后第3、6和15天,5-HTP组血浆和乳中钙浓度显著高于对照组(P < 0.05)。产后第6天,Trp组血浆5-HT浓度显著高于对照组(P < 0.05);产后第30天,Trp组乳中5-HT浓度显著高于对照组(P < 0.05);产后第6、9和30天,5-HTP组血浆和乳中5-HT浓度显著高于对照组(P < 0.05)。产后第3、6和15天,Trp组和5-HTP组血浆甲状旁腺素相关蛋白(PTHrP)浓度均显著高于对照组(P < 0.05)。由此可见,灌注5-HTP可以促进母羊泌乳,提高羊羔平均日增重;灌注5-HTP和Trp可以增加血浆和乳中钙、5-HT浓度及血浆PTHrP浓度。
关键词: 5-羟色胺    泌乳    平均日增重    血钙    乳钙    母羊    
Effects of Serotonin on Performance and Plasma and Milk Calcium Transport Related Biochemical Index of Perinatal Ewes
SANG Dan1,2 , NAMIRGA1,2 *, SUN Haizhou2 , JIN Lu2 , ZHANG Chongzhi2 , LI Shengli2 , WANG Shuangsuo3 , LIU Yongjun3 , AO Changjin1     
1. College of Animal Science, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China;
2. Animal Nutrition and Feed Research Institution of Inner Mongolia Academy of Agriculture and Animal Husbandry Academy, Hohhot 010031, China;
3. Urat Front Banner Livestock Improvement Station, Bayannur 014400, China
Abstract: This experiment was conducted to investigate effects of serotonin (5-HT) on performance and plasma and milk calcium transport related biochemical index of perinatal ewes. Thirty Bamei ewes with similar body weight were randomly allotted 3 groups, which were control group, 5-hydroxy-tryptophan (5-HTP) group (perfused 5-HTP) and tryptophan (Trp) group (perfused Trp), respectively, each group contained 10 ewes. Ewes jugular vein perfusion was conducted from prenatal day 7 to postpartum day 0, the perfusion dose of 5-HTP and Trp was 0.178 mg/kg BW, and the concentration was 0.1 mg/mL; the control group was perfused with the same dose of saline. The experiment lasted form prenatal day 7 to postpartum day 30. The results showed as follows:1) there was no significant difference in body weight of ewes among all groups (P>0.05). On postpartum day 5, 9 and 15, the milk yield of ewes in Trp group was lower than that in the control group (P>0.05); on postpartum day 9 and 15, the milk yield of ewes in 5-HTP group was higher than that in the control group (P>0.05). On postpartum day 16 to 30, the average daily gain of lambs in 5-HTP group was significantly higher than that in the control group (P < 0.05). 2) On postpartum day 15, the plasma and milk calcium concentration in Trp group was significantly higher than that in the control group (P < 0.05); on postpartum day 3, 6 and 15, the plasma and milk calcium concentration in 5-HTP group was significantly higher than that in the control group (P < 0.05). On postpartum day 6, the plasma 5-HT concentration in Trp group was significantly higher than that in the control group (P < 0.05); on postpartum day 30, the milk 5-HT concentration in Trp group was significantly higher than that in the control group (P < 0.05); on postpartum day 6, 9 and 30, the plasma and milk 5-HT concentration in 5-HTP group was significantly higher than that in the control group (P < 0.05). On postpartum day 3, 6 and 15, the plasma parathyroid hormone-related protein (PTHrP) concentration in Trp group and 5-HTP group was significantly higher than that in the control group (P < 0.05). In conclusion, perfuse 5-HTP can promote the lactation of ewes, improve the average daily gain of lambs; perfuse 5-HTP and Trp can increase the concentration of calcium and 5-HT in plasma and milk and PTHrP in plasma.
Key words: serotonin    lactation    average daily gain    blood calcium    milk calcium    ewes    

当前,随着人们对羊肉产品需求的增加和羊养殖业集约化的发展,增加基础母羊存栏量,提高母羊繁殖力、泌乳力,提高羔羊存活率,加快羔羊出栏周期是实现母羊、羔羊高效养殖的生产目标,是羊养殖业发展的重点。围产期是母羊泌乳周期中最为关键的阶段,该阶段母羊代谢的最大特点是对能量和钙的需求急剧增大,极易导致母羊在泌乳时期发生低钙血症等常见的代谢紊乱疾病。改善围产期母羊的钙代谢并有效地预防低钙血症的发生,对于保障母羊机体健康、促进母羊泌乳力和羔羊的生长发育至关重要。

钙动力学关键调节剂5-羟色胺(5-HT)能够调节围产期母畜乳腺中甲状旁腺素相关蛋白(PTHrP)的分泌,进而促进骨中钙的动员来维持母体中钙的稳态。5-HT又名血清素,是由必需氨基酸L-色氨酸(L-Trp)经2步反应合成,首先L-色氨酸转化为5-羟基色胺酸(5-HTP),然后再将5-HTP转化成5-HT。本研究旨在通过灌注5-HT的前体物5-HTP和色氨酸(Trp),研究其对母羊生产性能及血浆和乳中钙转运相关生化指标的影响,为生产实践中应用5-HT预防围产期母畜低血钙症、充分发挥母羊的生产性能提供基础数据。

1 材料与方法 1.1 试验设计

试验选择处于同一围产期(产前第14天)的巴美肉羊母羊30只,采用阴道栓方法进行同期发情处理,按体重随机分为3组,即对照组(灌注生理盐水)、5-HTP组(灌注5-HTP)和Trp组(灌注Trp),每组10只。基础饲粮参照NRC(2007)绵羊营养需要量配制,基础饲粮组成及营养水平见表 1。每日在08:00和17:00各饲喂1次基础饲粮。试验期间所有母羊自由饮水,羊舍环境条件及饲养管理均保持一致,由专人饲养并记录采食量,母羊平均日采食量见表 2。5-HTP组和Trp组在母羊产前第7天至产后当天(第0天)的每日08:00进行颈静脉灌注,5-HTP和Trp的灌注剂量均为0.178 mg/kg BW,浓度为0.1 mg/mL;对照组灌注同等剂量的生理盐水。试验期为产前第7天至产后第30天,母羊产羔数统计见表 3

表 1 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (DM basis)
表 2 母羊平均日采食量 Table 2 Average daily intake of ewes
表 3 母羊产羔数统计 Table 3 Statistics of lambing number of ewes
1.2 试验材料

PTHrP酶联免疫吸附试验(ELISA)试剂盒购自上海泛柯实业有限公司。主要仪器包括Vitalab Selectra E全自动生化分析仪(荷兰),Power Wave XS2酶标仪(美国Bio-Tek公司)。

1.3 测定指标与方法 1.3.1 生产性能测定

母羊体重的测定:分别在产前第7天及产后第3、15和30天于清晨空腹称量母羊体重并记录。

母羊泌乳量的测定:产后第1~15天,每天采用羔羊体重之差法测定母羊泌乳量,将羔羊与母羊隔离4 h后放回到母羊身边,30 min后对羔羊进行体重称量,每日早、中、晚各测定1次,泌乳量为3次测定的总量。

羔羊平均日增重测定:产后第1~30天,每天早晨空腹称重各组试验羔羊的体重,并计算产后羔羊平均日增重。

1.3.2 血样和乳样的收集与测定

于产前第7天及产后第6、9、15和30天,每个试验组每个重复中随机选6只母羊,记录耳号,并在每次采血时选择同一只母羊空腹采集颈静脉血10 mL,装于涂有肝素纳的离心管中,4 ℃、3 000 r/min离心15 min制备血浆样本,-20 ℃冷冻保存。待测血浆中Ca、5-HT和PTHrP浓度。

于产后第3、6、9、12、15和30天,每个试验组每个重复中随机选6只母羊,记录耳号,并在每次采乳样时选择同一只母羊采集乳样50 mL,装于离心管中,-20 ℃冷冻保存。待测乳中Ca和5-HT浓度。

Ca、5-HT和PTHrP浓度均由北京中同蓝博临床检验所有限公司测定。

1.4 数据统计分析

数据处理采用SAS 9.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA),不同组间差异显著性采用SNK法进行多重比较,结果表示为平均值和均值标准误(SEM),以P < 0.05作为差异显著判断标准。

2 结果 2.1 5-HT对母羊体重的影响

表 4可知,与对照组相比,5-HTP组在产前第7天和产后第3天,母羊体重呈下降趋势;在产后第15和30天,母羊体重呈增加趋势,但差异不显著(P>0.05)。与对照组相比,Trp组在产前第3天及产后第3、15和30天,母羊体重呈下降趋势,但差异不显著(P>0.05)。

表 4 5-HT对母羊体重的影响 Table 4 Effects of 5-HT on body weight of ewes (n=10)
2.2 5-HT对母羊泌乳量的影响

表 5可知,产后第5、9和15天,Trp组母羊泌乳量均低于对照组,但差异不显著(P>0.05)。产后第9和15天,5-HTP组母羊泌乳量均高于对照组,但差异不显著(P>0.05)。

表 5 5-HT对母羊泌乳量的影响 Table 5 Effects of 5-HT on milk yield of ewes (n=10)
2.3 5-HT对羔羊平均日增重的影响

表 6可知,产后第1~6天,Trp组和5-HTP组羔羊平均日增重呈下降趋势,但各组间差异不显著(P>0.05)。产后第7~15天,Trp组和5-HTP组羔羊平均日增重呈增加趋势,但各组间差异不显著(P>0.05)。产后第16~30天,5-HTP组羔羊平均日增重显著高于对照组(P < 0.05);Trp组羔羊平均日增重有增加的趋势,但差异不显著(P>0.05)。

表 6 5-HT对羔羊平均日增重的影响 Table 6 Effects of 5-HT on average daily gain of lambs (n=10)
2.4 5-HT对围产期母羊血浆和乳中钙浓度的影响

表 7可知,产后第15和30天,Trp组血浆钙浓度显著高于对照组(P < 0.05);产后第3、6、15和30天,5-HTP组血浆钙浓度显著高于对照组(P < 0.05)。产后第3、6和15天,Trp组乳中钙浓度显著高于对照组(P < 0.05);产后第3、6、12和15天,5-HTP组乳中钙浓度显著高于对照组(P < 0.05)。

表 7 5-HT对围产期母羊血浆和乳中钙浓度的影响 Table 7 Effects of 5-HT on plasma and milk calcium concentration of perinatal ewes (n=10)
2.5 5-HT对围产期母羊血浆和乳中5-HT浓度的影响

表 8可知,产后第6天,Trp组血浆5-HT浓度显著高于对照组(P < 0.05);产前第3天及产后第3、6、9和30天,5-HTP组血浆5-HT浓度显著高于对照组(P < 0.05)。产后第30天,Trp组乳中5-HT浓度显著高于对照组(P < 0.05);产后第6、9和30天,5-HTP组乳中5-HT浓度显著高于对照组(P < 0.05)。

表 8 5-HT对围产期母羊血浆和乳中5-HT浓度的影响 Table 8 Effects of 5-HT on plasma and milk 5-HT concentration of perinatal ewes (n=10)
2.6 5-HT对围产期母羊血浆PTHrP浓度的影响

表 8可知,产后第3、6和15天,Trp组血浆PTHrP浓度均显著高于对照组(P < 0.05)。产前第3天及产后第3、6和15天,5-HTP组血浆PTHrP浓度均显著高于对照组(P < 0.05)。5-HTP组血浆PTHrP浓度增加的幅度更大,在产前第3天达到最高。

表 9 5-HT对围产期母羊血浆PTHrP浓度的影响 Table 9 Effects of 5-HT on plasma PTHrP concentration of perinatal ewes (n=10)
3 讨论

围产期是母羊繁殖周期乃至一生中最为关键的阶段。在此阶段,母羊的能量需求量增加,但是对干物质的采食量却下降,母羊的激素水平、瘤胃功能、营养的代谢以及免疫力都发生了一系列巨大的变化,直接导致各种代谢紊乱疾病尤其是低血钙和能量负平衡的高发。

5-HT是一种古老的信号分子,是动物、植物和真菌产生的最古老的单胺之一[1]。它是通过必需氨基酸L-Trp的2步反应合成的,即L-Trp通过非神经元组织中的限速酶色氨酸羟化酶1(TPH1)转化为5-HTP,在芳香族氨基酸脱羧酶(AADC)的作用下,5-HTP转化为5-HT。5-HT不能穿过血脑屏障,而5-HTP可以[2]

3.1 5-HT对围产期母羊生产性能的影响

本试验通过测定母羊体重、泌乳量和羔羊平均日增重等指标来评估5-HT对围产期母羊生产性能的影响。试验结果表明,通过灌注5-HT的前体物5-HTP,母羊的泌乳量呈增加的趋势,但各组间差异不显著;灌注5-HTP可以显著增加产后第15~30天羔羊的平均日增重,灌注Trp对羔羊平均日增重未产生显著影响。Matsuda等[3]研究表明,5-HT由肌上皮细胞(MEC)合成,通过自分泌-旁分泌机制起作用以调节乳腺发育、乳蛋白相关基因的表达、乳汁分泌和紧密连接等过程。通过与5-HT7亚型受体结合,调节上皮细胞紧密连接通透性来启动泌乳。5-HT双向调控紧密连接,低浓度5-HT会导致紧密连接通透性的降低(有利于泌乳),而随着5-HT浓度的增加,紧密连接通透性增加(这有利于退化)。Laport等[4]研究得出,给母鼠分别饲喂0.2%的5-HTP和1.35%的Trp,Trp组在泌乳8~9 d时母鼠泌乳量增加。这与本试验的研究结果不尽相同,造成结果不一致的原因可能与5-HTP和Trp添加的形式及添加的剂量不同等原因有关。

3.2 5-HT对围产期母羊血浆和乳中钙转运相关生化指标的影响

产后维持机体钙稳态对大多数哺乳动物来说是具有挑战性的,这主要取决于母畜的骨钙动员能力。以奶牛为例,特别是高产奶牛,在围产期会更容易患上临床和亚临床低钙血症。为此,人们试图使用具有预防和治疗低血钙症的钙动力学关键调节剂5-HT来有效预防低血钙症。Laport等[4]以具有遗传缺陷的小鼠为模型,进一步研究5-HT在围产期间调节钙稳态的作用机制,结果表明非神经元途径产生的5-HT对于产后早期维持母体循环钙是必需的,并且诱导乳腺分泌产生PTHrP至关重要,这对于从骨骼刺激钙动员起着关键作用[5]。此外,非神经元5-HT对哺乳早期适当的乳腺细胞形态和增殖也有重要作用,从而能使钙从母体循环到乳汁充分转运。

5-HT在乳腺中的作用(自分泌和/或旁分泌)是通过5-HT2b来激活的。5-HT的作用之一是通过MEC诱导PTHrP的合成,这种诱导可以直接通过刺激MEC基底外侧的5-HT2b受体启动信号传导,增加钙释放激活钙通道调节分子1(ORAI1)和钙敏感受体(CaSR)基因的表达,促进钙进入乳腺,使机体循环的钙浓度降低,乳腺上皮基底外侧表面上的CaSR感应到变化之后,刺激MEC分泌产生PTHrP。Laport等[4]研究表明,给敲除TPH1的小鼠注射5-HTP后,Ca浓度与5-HT浓度在血液和乳中呈正相关。本试验研究表明,灌注5-HTP和Trp后,增加了血浆和乳中的钙和5-HT浓度,血浆中的PTHrP浓度也增加。色氨酸通过非神经元组织中的TPH1转化为5-HTP,在AADC的作用下,5-HTP转化为5-HT。本试验中,通过给母羊灌注5-HT前体物5-HTP后,导致产后第3、6和9天血浆5-HT浓度显著升高,这是由于5-HTP代谢的原因。Trp组血浆5-HT浓度也有所提高,但与5-HTP组相比,在数值上均小于5-HTP组。导致这种结果的原因可能是因为5-HTP在芳香族氨基酸脱羧酶作用下会特异性的生成5-HT,而Trp有多种作用机制。此外,本试验结果还表明,在产后第3天血浆和乳中5-HT浓度增加的同时,血浆PTHrP浓度也显著增加。所以我们猜测PTHrP的合成增加可能是由于5-HT浓度增加导致的。这与Laport等[5]研究的5-HT处理敲除TPH1的小鼠后,刺激乳腺诱导合成PTHrP增加的结果相一致。Weaver等[6]在牛上的研究也得出了类似的结果,他们观察到每天静脉输注1 mg/kg BW 5-HTP后,其血液中5-HT浓度升高,后期血液中PTHrP浓度也升高。本试验研究结果与上述研究结果相一致。由此我们可以推测,灌注Trp和5-HTP通过增加5-HT的浓度进而促进PTHrP的分泌,进一步促进骨钙动员使羊在泌乳期维持适当的循环钙浓度。

4 结论

灌注5-HTP可以促进母羊泌乳,提高羊羔平均日增重;灌注5-HTP和Trp可以增加血浆和乳中钙、5-HT浓度及血浆PTHrP浓度。

参考文献
[1]
HANNON J, HOYER D. Molecular biology of 5-HT receptors[J]. Behavioural Brain Research, 2008, 195(1): 198-213. DOI:10.1016/j.bbr.2008.03.020
[2]
MARSHALL A M, NOMMSEN-RIVERS L A, HERNANDEZ L L, et al. Serotonin transport and metabolism in the mammary gland modulates secretory activation and involution[J]. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, 2010, 95(2): 837-846.
[3]
MATSUDA M, IMAOKA T, VOMACHKA A J, et al. Serotonin regulates mammary gland development via an autocrine-paracrine loop[J]. Developmental Cell, 2004, 6(2): 193-203. DOI:10.1016/S1534-5807(04)00022-X
[4]
LAPORTA J, PETERS T L, MERRIMAN K E, et al. Serotonin (5-HT) affects expression of liver metabolic enzymes and mammary gland glucose transporters during the transition from pregnancy to lactation[J]. PLoS One, 2013, 8(2): e57847. DOI:10.1371/journal.pone.0057847
[5]
LAPORTA J, MOORE S A E, PETERS M W, et al. Short communication:circulating serotonin (5-HT) concentrations on day 1 of lactation as a potential predictor of transition-related disorders[J]. Journal of Dairy Science, 2013, 96(8): 5146-5150. DOI:10.3168/jds.2013-6718
[6]
WEAVER S R, PRICHARD A P, ENDRES E L, et al. Elevation of circulating serotonin improves calcium dynamics in the peripartum dairy cow[J]. Journal of Endocrinology, 2016, 230(1): 105-123. DOI:10.1530/JOE-16-0038