番茄红素缓解酮病奶牛氧化应激的作用

罗胜缤，姜春晖，唐 燕，徐 闯，孙旭东，付世新

(黑龙江八一农垦大学 动物科技学院，黑龙江 大庆 163319)

近年来，我国的奶牛行业迅猛发展，规模化、标准化、融合化和集约化已经是必然的发展方向。广泛使用高精饲料，盲目追求生产性能增加经济效益的同时，无法实现科学饲喂搭配会引发营养代谢性疾病。营养代谢类疾病中酮病最为常见，多发于产后10～60 d，主要特征为食欲不振、体质量减轻等[1]。奶牛患有酮病会继发乳腺炎和子宫炎等疾病，严重影响生产机能，给奶牛养殖业带来重大的经济损失。

泌乳早期的奶牛，日粮摄入无法满足机体代谢的营养需求时会出现能量负平衡(negative energy balance，NEB)，导致脂肪组织动员并释放大量的非酯化脂肪酸(nonesterified fatty acid，NEFA)。而过量的NEFA随血液进入肝脏后无法被全部利用进而转化为酮体，导致奶牛酮病[2]。同时，奶牛会调节自身的代谢状态去适应由于NEB导致的能源物质之间相互作用所发生的变化，而脂肪、肝脏等组织自我调节能力较弱无法适应改变的代谢状态[3]。由于机体代谢紊乱，导致形成大量的活性氧。据报道，脂肪酸不光能诱导氧化应激，还能减少细胞内的谷胱甘肽(GSH)，导致机体内源性的抗氧化损伤系统受损诱导氧化应激[4]。以上研究均表明酮体可能参与氧化应激的发生，进而引发酮病及其继发病。

番茄红素是一种黄/红色类胡萝卜素，分子式为C40H50，含有11个共轭双键。由于其结构上有很多共轭双键，可以接受包括单线态氧在内各种电子激发态的能量，生成基态氧分子从而淬灭单线态氧[5]。VAN HET HOF等[6]研究发现，其他类胡萝卜素清除氧自由基活性的能力不如番茄红素强。BREINHOLT等[7]认为，摄取一定量的番茄红素可以减轻脂质和DNA等的氧化状态。

作为一种天然的功能性色素，番茄红素具有毒副作用小、高效淬灭活性氧和清除机体自由基等优点[8]，被广泛应用于保健品等行业。已有研究表明，番茄红素可以提升试验动物的抗氧化、抗炎、抗肿瘤的能力[9]，还可以提升机体的免疫力[10]。本试验对酮病奶牛灌服不同剂量的番茄红素并跟踪采集血液，监测其部分氧化/抗氧化、能量代谢和肝功能指标，探究番茄红素对于血液抗氧化能力、能量代谢和肝功能损伤的影响，研究番茄红素对酮病状态下奶牛的缓解效果。

1 材料与方法

1.1 试验动物分组本试验在黑龙江省某集约化牛场进行。选取体况评分、泌乳量、胎次和年龄较近的围产期荷斯坦奶牛作为试验动物，自由采食、饮水，散栏式TMR饲喂。利用血酮仪选取40头临床型酮病奶牛作为试验组，一共分成4组。Ⅰ组为酮病对照组，Ⅱ组为饲喂番茄红素低剂量组(0.6 g/d)，Ⅲ组为饲喂番茄红素中剂量组(1.2 g/d)，Ⅳ组为饲喂番茄红素高剂量组(2.4 g/d)，每组10头奶牛灌服7 d，另选取10头饲养条件相同的奶牛作为对照组。

1.2 血液样品采集与处理试验牛于饲喂番茄红素开始的第8 天清晨空腹状态下尾根静脉采血15 mL，4 000 r/min离心5 min，-80℃保存。

1.3 检测指标

1.3.1氧化/抗氧化指标 总抗氧化能力(T-AOC，mmol/L，ABTS法)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px，U/mL，比色法)、过氧化氢酶(CAT，U/mL，比色法)、超氧化物歧化酶(SOD，U/mL，比色法)、丙二醛(MDA，μmol/L，比色法)等指标用试剂盒检测，试剂盒购买自深圳子科生物科技有限公司。

1.3.2能量代谢指标 β-羟丁酸(BHBA，mmol/L，酶联免疫法)、葡萄糖(GLU，mmol/L，葡萄糖氧化酶法)、尿素氮(BUN，mmol/L，二乙酰一肟法)等指标用试剂盒检测，试剂盒购买自深圳子科生物科技有限公司。

1.3.3肝功能指标 直接胆红素(DBil，μmol/L,酶联免疫法)、碱性磷酸酶(ALP，U/L，磷酸苯二钠比色法)、谷丙转氨酶(ALT，U/L，赖氏比色法)、谷草转氨酶(AST，U/L，赖氏比色法)等指标用试剂盒检测，试剂盒购买自深圳子科生物科技有限公司。

2 结果

2.1 番茄红素对酮病奶牛血清中氧化/抗氧化指标的影响采用不同剂量番茄红素饲喂奶牛后，利用试剂盒检测血清中的氧化/抗氧化指标MDA、CAT、GSH-Px、SOD、T-AOC的活性、含量和能力。与健康奶牛相比，酮病奶牛血液中T-AOC极显著降低,而与酮病对照组相比，番茄红素中、高剂量组的T-AOC显著升高(P<0.05或P<0.01)(图1A)。与健康奶牛相比，酮病奶牛血液中SOD、GSH-Px和CAT活性极显著降低,而与酮病对照组相比，番茄红素低、中、高剂量组的SOD、GSH-Px和CAT活性极显著升高(P<0.05或P<0.01)(图1B,C,D)。与健康奶牛相比，酮病奶牛血液中MDA含量极显著升高,而与酮病对照组相比，番茄红素低、中、高剂量组的MDA含量极显著降低(P<0.01)(图1E)。

A.T-AOC；B.SOD活性；C.GSH-Px活性；D.CAT活性；E.MDA含量。**.示P<0.01；ns 示P>0.05；##.示P<0.01；#.示P<0.05。下同

2.2 番茄红素对试验奶牛血清中能量代谢指标的影响采用不同剂量番茄红素饲喂奶牛后，利用试剂盒检测血清中的能量代谢指标BHBA、BUN、GLU的含量。与健康奶牛相比，酮病奶牛血液中BHBA含量极显著增高,而与酮病对照组相比，番茄红素低、中、高剂量组的BHBA含量极显著降低(P<0.01)(图2A)。与健康奶牛相比，酮病奶牛血液中GLU含量极显著降低,而与酮病对照组相比，番茄红素低、中、高剂量组的GLU含量极显著升高(P<0.01)(图2B)。与健康奶牛相比，酮病奶牛血液中BUN含量极显著升高,而与酮病对照组相比，番茄红素低、中、高剂量组的BUN含量显著降低(P<0.05或P<0.01)(图2C)。

A.BHBA含量；B.GLU含量；C.BUN含量

2.3 番茄红素对试验奶牛血清中肝脏代谢指标的影响采用不同剂量番茄红素饲喂奶牛后，利用试剂盒检测血清中的肝脏代谢指标ALT、AST、ALP、DBil的含量。与健康奶牛相比，酮病奶牛血液中ALT和AST含量极显著增高,而与酮病对照组相比，番茄红素组的ALT和AST含量显著降低(P<0.05或P<0.01)(图3A，B)。与健康奶牛相比，酮病奶牛血液中ALP含量极显著升高,而与酮病对照组相比，番茄红素低、中、高剂量组的ALP含量显著降低(P<0.05或P<0.01)(图3C)。与健康奶牛相比，酮病奶牛血液中DBil含量极显著升高,而与酮病对照组相比，番茄红素低、中、高剂量组的DBil含量显著降低(P<0.05或P<0.01)(图3D)。

A.ALT；B.AST；C.ALP；D.DBil

3 讨论

围产期奶牛在泌乳时需要大量的能量供应，奶牛干物质摄取减少，致使泌乳初期奶牛酮病高发[11]。本试验结果显示，健康组奶牛血清中BHBA的浓度低于酮病组，而GLU的含量则是呈现负相关性，这是由于奶牛生理应激和营养应激共同诱导体内大量葡萄糖合成乳糖导致血糖含量降低，与李国鹏[12]的研究报道一致，说明奶牛患有酮病时发生了严重的NEB，血清中BHBA和BUN含量的升高也表明酮病奶牛存在严重的代谢紊乱。

肝脏是反刍动物机体重要能量代谢器官之一。本试验结果显示，酮病奶牛血清中的DBil含量，ALT、AST和ALP的活性升高，说明奶牛患有酮病会导致肝脏功能损伤。从生化角度看，NEB状态下的酮病奶牛大量NEFA随血液进入肝脏后产生大量的活性氧进而诱导氧化应激的发生。机体一旦发生氧化应激，体内分子因为过度氧化导致细胞死亡加速，最终导致肝脏损伤。除诱导活性氧的产生外，脂肪酸还会降低机体内谷胱甘肽的合成量从而降低机体的抗氧化防御系统。有研究表明，正常情况下机体中即使某种氧自由基产生过多，机体内各种抗氧化剂也会很快发挥作用将其清除[13]。本试验结果显示，奶牛发生酮病时，血液中T-AOC、SOD、GSH-Px和CAT活性下降，这与很多报道结果一致。另外酮体中的BHBA等有机酸大量进入循环系统会引发机体酸中毒，降低血液pH使酶蛋白变性失活，过多的自由基致使体内MDA含量上升[14]。

作为一种天然的高效抗氧化剂，番茄红素具有毒副作用小、高效淬灭活性氧和清除机体自由基等优点[8]，被广泛应用于食品等行业。研究发现，加入番茄红素后，细胞中CAT、GSH-PX和SOD的活性显著增高,而H2O2和MDA含量明显降低[15]。因此，饲喂番茄红素可能是缓解酮病奶牛体内氧化应激的有效手段。本研究发现，番茄红素可以降低酮病奶牛血浆中MDA含量，提高的SOD、GSH-PX和CAT的活性。这些结果表明，饲喂番茄红素可以缓解酮病奶牛的氧化应激状态。

酮病是由于NEB引发的疾病，而能量代谢异常是诱发氧化应激的重要过程。同时，发生NEB的奶牛体内用作供能的GLU减少，脂质动员生成过量的NEFA随血液进入肝脏后无法被完全氧化产生BHBA[16-17]。本试验结果显示，饲喂番茄红素后奶牛血清中的BHBA和BUN的含量显著下降，GLU的含量显著上升，说明饲喂番茄红素可以有效缓解酮病奶牛机体中紊乱的能量代谢。BHBA的显著性下降说明奶牛酮病被显著缓解，可能是番茄红素能够减弱氧化应激和NEB导致的脂质动员，从根本上减缓酮病。

奶牛机体中出现NEB后，动员脂肪组织释放过量的NEFA，随血液进入肝脏后无法被全部利用进而转化为酮体或合成三酰甘油并促发脂肪肝。JIANG等[18]发现，巴美羔羊在饲喂番茄红素后血浆中甘油三酯的浓度下降。而番茄红素很少应用于反刍动物，尤其与肝脏之间的联系尚不明确。本试验结果显示，饲喂番茄红素可以降低奶牛血清中的DBil含量以及ALT、AST和ALP活性。这些结果表明，饲喂番茄红素可以缓解酮病奶牛肝损伤，有助于恢复肝脏功能。

综上所述，饲喂番茄红素可以明显提升围产期酮病奶牛机体内T-AOC，减少MDA含量，提高抗氧化酶活性，缓解酮病奶牛体内的氧化应激状态。并且，番茄红素降低血清中ALT、AST、ALP、DBil含量，起到保护肝脏，恢复肝脏功能的效果。而能量代谢指标BHBA、BUN的降低与GLU的升高，说明番茄红素可以为机体缓解NEB，为奶牛酮病的缓解提供了一条新的思路。