奶牛能量状态对血清FGF-21水平的影响

许秋实，徐闯，于洪江，陈媛媛，杨威，夏成，朱奎玲，张子扬，沈泰钰

（黑龙江八一农垦大学，大庆 163319）

奶牛能量状态对血清FGF-21水平的影响

许秋实，徐闯，于洪江，陈媛媛，杨威，夏成，朱奎玲，张子扬，沈泰钰

（黑龙江八一农垦大学，大庆 163319）

为了明确能量代谢负平衡奶牛血清中成纤维细胞生长因子（FGF-21）浓度的变化规律以及与奶牛能量代谢负平衡特征性指标之间的关系。研究从某千头奶牛场选取选择非妊娠、非泌乳、健康奶牛10头，随机分成2组，每组5头。在实验期间，一组牛饲喂120%维持（1.48 Mcal·kg-1）日粮，另一组饲喂30%维持能量（0.37 Mcal·kg-1）日粮（NRC标准），每天采集血液样品，检测能量代谢特征性指标，其中，血清理化指标采用全自动血液生化分析仪进行测定，激素指标Elisa试剂盒进行检测。所有检测数据均采用统计学方法进行分析与统计。结果显示：摄入30%维持能量（0.37 Mcal·kg-1）日粮的牛血清FGF-21水平同时显著升高；饲喂120%的维持日粮的牛血清FGF-21水平同时显著降低。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。结论：实验表明FGF-21与能量密切相关并且在奶牛能量代谢平衡状态的调控中发挥作用，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基础。

奶牛；血清FGF-21浓度；能量负平衡；血清代谢指标

在泌乳早期，高产奶牛在能量代谢方面经历了巨大的变化。随着泌乳的启动，乳腺的代谢活动增加机体总能量需要约4倍。由于饲料摄入不足以满足机体泌乳对能量的需求，一个明显的能量不足不可避免的会发生，因此，奶牛泌乳早期能量代谢特点是干物质摄入减少而需求增加所致的能量负平衡（NEB）。能量负平衡的奶牛表现低糖血症、脂肪动员、肝脂沉积增加和酮体生成增多并降低奶牛繁殖性能[1]。以糖异生和脂肪代谢障碍为主要特征的能量负平衡状态是奶牛酮病和脂肪肝发生的重要环节。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（FGF-21）是最新发现的一种蛋白激素，是成纤维细胞生长因子家族（FGFs）的成员之一，在肝脏中大量表达，调节能量平衡、脂肪代谢和葡萄糖耐受性[2]。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[3]。在鼠的研究显示，暴露在寒冷环境中的小鼠，体内棕色脂肪组织是FGF-21的来源之一[4-5]。

在人的研究显示，2型糖尿病患者血清FGF-21水平显着增加，表明FGF-21在2型糖尿病发病机制中发挥作用[6]。同样，FGF-21水平与非酒精性脂肪性肝病人的肝脏脂肪含量以及肥胖病人的体重指数[9]呈正相关与脂联素水平呈负相关[7]。

目前，有关奶牛FGF-21的研究国内外甚少。这个新的让人兴奋的能量代谢调节因子FGF-21在人、小鼠方面的研究已经取得重要的成果。然而在奶牛能量代谢调控方面的研究尚处于初级阶段。因此，本实验应用生物化学技术，通过对未妊娠、未泌乳奶牛在体实验，检测血清FGF-21和能量代谢负平衡特征性指标，明确能量负平衡奶牛体内FGF-21变化规律，阐明能量代谢特征性指标与FGF-21之间的关系，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。

1 材料和方法

1.1 实验动物选择和分组

选择非妊娠、非泌乳奶牛10头，随机分成2组，每组5头。A组实验牛饲喂120%能量需求（1.48 Mcal·kg-1）日粮，B组实验牛饲喂30%维持能量（0.37 Mcal·kg-1）日粮。维持日粮为干奶期日粮（采用NRC标准）。其中，两组的日粮饲喂期均为14 d。

1.2 样品采集

血液样品每天采集，清晨空腹采集奶牛尾静脉血液样本10 mL，立即在室温下3 000 r·min-1，离心10 min，将上清液等分到EP管中，并贮存于-80℃。

1.3 检测项目和方法

（1）理化指标：血糖（GLU），游离脂肪酸（NEFA），β-羟丁酸（BHBA），甘油三酯（TG）指标利用全自动血液生化分析仪进行测定。

（2）激素指标测定：胰岛素（INS）、生长激素（GH）、胰高血糖素（GC）、成纤维细胞生长因子21（FGF-21）指标分别采用Elisa试剂盒进行检测。

（3）仪器：全自动生化分析仪（SYNCHRON CX9 SYSTEMS）。

1.4 数据处理

数据均以平均值±标准差表示，用SPSS19.0软件进行分析，组间差异显著性用t检验统计分析，非参数双变量相关分析采用Spearman方法统计分析。实验结果统计分析各表中，各组之间或同组之间的比较，上标*表示差异显著（P＜0.05），上标**表示差异极显著（P＜0.01），未上标*无差异。

2 结果

2.1 能量对血清FGF-21水平的影响

饲喂不同能量水平日粮对实验动物的血清FGF-21水平影响如表1：A组实验动物在实验开始后饲喂低能量日粮，血清FGF-21逐渐升高；B组实验动物在实验开始饲喂高能量日粮后血清FGF-21逐渐降低。上述实验结果表明，奶牛摄入能量多，血清FGF-21水平下降，当摄入能量少时，血清FGF-21浓度升高。

表1 两组间FGF-21水平变化（pg·mL-1）Table 1 Variation of serum FGF-21 changes between two groups（pg·mL-1）

表2 饲喂低能量日粮组实验牛的理化指标水平Table 2 Levels of biochemical and hormonal characteristics of group A

表3 饲喂高能量日粮组实验牛的理化指标水平Table 3 Levels of biochemical and hormonal characteristics of group B

表4 两组检测指标与成纤维细胞生长因子（FGF-21）的相关系数Table 4 The relationship of circulating FGF-21 levels with biochemical and hormonal parameters in two groups

2.2 能量平衡状态特征性指标与FGF-21的关系

饲喂30%维持能量日粮对实验动物的影响如表2：通过比较分析两组实验牛第1天与第14天的血清理化指标及激素指标数据，结果显示血清FGF-21、β羟丁酸与瘦蛋白水平显著升高，甘油三酯和胰高血糖素水平在实验期间没有明显差异。饲喂低能量日粮使血糖、胰岛素和游离脂肪酸指标出现了显著的降低。胰高血糖素在饲喂低能量日粮后出现上升的趋势，但没有显著性差异。饲喂120%维持能量日粮对实验动物的影响如表3所示：血糖、β羟丁酸显著升高，饲喂高能量日粮使血清FGF-21浓度、胰岛素、瘦蛋白指标显著降低。胰高血糖素和游离脂肪酸在饲喂高能量日粮后表现出下降的趋势，但均无统计学差异。实验未发现低能量日粮对甘油三酯水平存在影响。

饲喂30%维持能量日粮与饲喂120%维持能量日粮组奶牛血液能量负平衡特征性指标相关性分析结果如表4所示：在饲喂低能量日粮与饲喂高能量日粮的过程中血清FGF-21水平的变化趋势均与瘦蛋白指标为正相关；与血糖、β羟丁酸水平为负相关；血清FGF-21与甘油三酯、胰高血糖素、胰岛素以及游离脂肪酸指标并没有显著相关性。

3 讨论

目前的研究表明FGF-21是肝脏中产生的重要代谢调节因子，在肝脏的脂肪氧化，甘油三酯的清除、酮体的生成以及机体适应禁食过程中起到了重要的作用[8]。本实验中饲喂120%维持能量日粮实验牛血清FGF-21指标显著低于饲喂前，且饲喂不同能量水平日粮后FGF-21指标组间差异显著，饲喂30%维持能量日粮FGF-21水平显著高于饲喂高能量日粮组，实验结果表明饲喂低能量日粮使FGF-21水平显著升高，这与此前报道的极低热量饮食（VL CD）小鼠血清FGF-21水平显著升高的结果相一致[9]。奶牛血清FGF-21升高可以部分解释为机体对高能量日粮饲喂的应答[10]，表明FGF-21在奶牛能量代谢平衡状态的调控中发挥作用。

在相关性分析中，FGF-21与胰岛素没有显著相关性，这表明FGF-21水平的变化与与胰岛素的变化无关。这与此前的研究中报道的FGF-21可以刺激非胰岛素依赖性的葡萄糖摄取，而且可以提高胰岛素的敏感性[11]的结果相一致。

与鼠和人的研究相比，有关奶牛FGF-21的国内外研究甚少。结果显示，奶牛在限饲时血清FGF-21水平显著升高，这与此前的研究报道的血清FGF-21水平受机体营养状况调控以及在奶牛泌乳后期采用限饲方法诱导奶牛能量代谢负平衡情况下，奶牛分娩时血浆FGF-21水平同样长期显著升高[12]的研究结果相一致。这表明奶牛能量缺乏是导致泌乳早期奶牛血浆FGF-21升高的重要因素，同样说明了FGF-21与围产期奶牛能量代谢调控的密切关系。更重要的是，FGF-21还可以显著的降低糖尿病啮齿动物和恒河猴的血糖水平，这意味着FGF-21可能在治疗糖尿病以及其他营养代谢性疾病中成为新的备选药物。实验发现了与血清FGF-21水平密切相关的能量负平衡特征性指标以及在饲喂不同能量水平日粮时FGF-21的变化规律，但影响FGF-21在奶牛能量状态改变时产生调控作用的分子机制以及代谢途径尚不明确，期望通过进一步研究，明确其作为奶牛能量代谢负平衡早期检测指标的价值以及开发成治疗药物的可行性，为提高奶牛生产性能的研究提供更多理论依据与实践基础。

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Influence of Energy State on Serum FGF-21 Levels in Dairy Cattle

Xu Qiushi，Xu Chuang，Yu Hongjiang，Chen Yuanyuan，Yang Wei，Xia Cheng，Zhu Kuiling，Zhang Ziyang，Shen Taiyu
（Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319）

To investigate the variation and relationship between serum FGF-21 concentration and characteristic parameters related to energy metabolism in blood in dairy cattle with negative energy balance，10 non-pregnant，non-lactating dairy cattle was randomly allocated in two groups.The interventions were a controlled-energy diet（0.37 Mcal/kg）and a moderate-energy diet（1.48 Mcal/kg）during duration of experiment.Biochemical parameters，serum FGF-21，leptin and insulin levels were measured by commercial ELISA kits.The results showed that serum FGF-21 levels were significantly higher in the group treated with a controlled-energy diet，while FGF-21 levels in moderate-energy diet group were the opposite.In a synthesis analysis of two groups，FGF-21 levels were significantly positively correlated with serum leptin levels while an inverse relationship of FGF-21 with blood glucose and BHBA levels was found.An inverse relationship of FGF-21 with BHBA was found.The increase in FGF-21 levels after a controlled-energy diet treatment may contribute to positive metabolic effect and it would be a new theoretical and practical basis on the preventive strategy of dairy cattle with NEB.

dairy cattle；serum FGF-21；negative energy balance（NEB）；serum metabolites

S816.32

A

1002-2090（2016）06-0021-04

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.06.004

2015-09-18

国家自然科学基金面上项目（31272625）。

许秋实（1989-），男，黑龙江八一农垦大学动物科技学院2013级硕士研究生。

徐闯，男，教授，硕士研究生导师，E-mail：xuchuang7175@163.com.。