許秋實(shí)，徐闖，于洪江，陳媛媛，楊威，夏成，朱奎玲，張子揚(yáng)，沈泰鈺

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，大慶 163319）

奶牛能量狀態(tài)對(duì)血清FGF-21水平的影響

許秋實(shí)，徐闖，于洪江，陳媛媛，楊威，夏成，朱奎玲，張子揚(yáng)，沈泰鈺

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，大慶 163319）

為了明確能量代謝負(fù)平衡奶牛血清中成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（FGF-21）濃度的變化規(guī)律以及與奶牛能量代謝負(fù)平衡特征性指標(biāo)之間的關(guān)系。研究從某千頭奶牛場(chǎng)選取選擇非妊娠、非泌乳、健康奶牛10頭，隨機(jī)分成2組，每組5頭。在實(shí)驗(yàn)期間，一組牛飼喂120%維持（1.48 Mcal·kg-1）日糧，另一組飼喂30%維持能量（0.37 Mcal·kg-1）日糧（NRC標(biāo)準(zhǔn)），每天采集血液樣品，檢測(cè)能量代謝特征性指標(biāo)，其中，血清理化指標(biāo)采用全自動(dòng)血液生化分析儀進(jìn)行測(cè)定，激素指標(biāo)Elisa試劑盒進(jìn)行檢測(cè)。所有檢測(cè)數(shù)據(jù)均采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行分析與統(tǒng)計(jì)。結(jié)果顯示：攝入30%維持能量（0.37 Mcal·kg-1）日糧的牛血清FGF-21水平同時(shí)顯著升高；飼喂120%的維持日糧的牛血清FGF-21水平同時(shí)顯著降低。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)中血清FGF-21指標(biāo)與瘦蛋白（LP）為正相關(guān)，與血糖（Glu），β羥丁酸（BHBA）為負(fù)相關(guān)。結(jié)論：實(shí)驗(yàn)表明FGF-21與能量密切相關(guān)并且在奶牛能量代謝平衡狀態(tài)的調(diào)控中發(fā)揮作用，為今后深入探究能量負(fù)平衡的發(fā)生機(jī)理和新的防治策略奠定了基礎(chǔ)。

奶牛；血清FGF-21濃度；能量負(fù)平衡；血清代謝指標(biāo)

在泌乳早期，高產(chǎn)奶牛在能量代謝方面經(jīng)歷了巨大的變化。隨著泌乳的啟動(dòng)，乳腺的代謝活動(dòng)增加機(jī)體總能量需要約4倍。由于飼料攝入不足以滿(mǎn)足機(jī)體泌乳對(duì)能量的需求，一個(gè)明顯的能量不足不可避免的會(huì)發(fā)生，因此，奶牛泌乳早期能量代謝特點(diǎn)是干物質(zhì)攝入減少而需求增加所致的能量負(fù)平衡（NEB）。能量負(fù)平衡的奶牛表現(xiàn)低糖血癥、脂肪動(dòng)員、肝脂沉積增加和酮體生成增多并降低奶牛繁殖性能[1]。以糖異生和脂肪代謝障礙為主要特征的能量負(fù)平衡狀態(tài)是奶牛酮病和脂肪肝發(fā)生的重要環(huán)節(jié)。肝臟和脂肪組織作為脂類(lèi)代謝的主要器官，脂肪酸氧化狀態(tài)和能量需要的適應(yīng)性調(diào)節(jié)是控制奶牛圍產(chǎn)期能量負(fù)平衡的關(guān)鍵代謝途徑。

成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-21（FGF-21）是最新發(fā)現(xiàn)的一種蛋白激素，是成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子家族（FGFs）的成員之一，在肝臟中大量表達(dá)，調(diào)節(jié)能量平衡、脂肪代謝和葡萄糖耐受性[2]。對(duì)人和鼠肝臟中脂肪代謝、糖異生代謝和體內(nèi)脂肪代謝具有重要和相當(dāng)特異性的調(diào)節(jié)功能，能改善機(jī)體能量不足[3]。在鼠的研究顯示，暴露在寒冷環(huán)境中的小鼠，體內(nèi)棕色脂肪組織是FGF-21的來(lái)源之一[4-5]。

在人的研究顯示，2型糖尿病患者血清FGF-21水平顯著增加，表明FGF-21在2型糖尿病發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用[6]。同樣，F(xiàn)GF-21水平與非酒精性脂肪性肝病人的肝臟脂肪含量以及肥胖病人的體重指數(shù)[9]呈正相關(guān)與脂聯(lián)素水平呈負(fù)相關(guān)[7]。

目前，有關(guān)奶牛FGF-21的研究國(guó)內(nèi)外甚少。這個(gè)新的讓人興奮的能量代謝調(diào)節(jié)因子FGF-21在人、小鼠方面的研究已經(jīng)取得重要的成果。然而在奶牛能量代謝調(diào)控方面的研究尚處于初級(jí)階段。因此，本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用生物化學(xué)技術(shù)，通過(guò)對(duì)未妊娠、未泌乳奶牛在體實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)血清FGF-21和能量代謝負(fù)平衡特征性指標(biāo)，明確能量負(fù)平衡奶牛體內(nèi)FGF-21變化規(guī)律，闡明能量代謝特征性指標(biāo)與FGF-21之間的關(guān)系，為奶牛能量負(fù)平衡提供相應(yīng)的防治策略奠定理論基礎(chǔ)和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物選擇和分組

選擇非妊娠、非泌乳奶牛10頭，隨機(jī)分成2組，每組5頭。A組實(shí)驗(yàn)牛飼喂120%能量需求（1.48 Mcal·kg-1）日糧，B組實(shí)驗(yàn)牛飼喂30%維持能量（0.37 Mcal·kg-1）日糧。維持日糧為干奶期日糧（采用NRC標(biāo)準(zhǔn)）。其中，兩組的日糧飼喂期均為14 d。

1.2 樣品采集

血液樣品每天采集，清晨空腹采集奶牛尾靜脈血液樣本10 mL，立即在室溫下3 000 r·min-1，離心10 min，將上清液等分到EP管中，并貯存于-80℃。

1.3 檢測(cè)項(xiàng)目和方法

（1）理化指標(biāo)：血糖（GLU），游離脂肪酸（NEFA），β-羥丁酸（BHBA），甘油三酯（TG）指標(biāo)利用全自動(dòng)血液生化分析儀進(jìn)行測(cè)定。

（2）激素指標(biāo)測(cè)定：胰島素（INS）、生長(zhǎng)激素（GH）、胰高血糖素（GC）、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子21（FGF-21）指標(biāo)分別采用Elisa試劑盒進(jìn)行檢測(cè)。

（3）儀器：全自動(dòng)生化分析儀（SYNCHRON CX9 SYSTEMS）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，用SPSS19.0軟件進(jìn)行分析，組間差異顯著性用t檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，非參數(shù)雙變量相關(guān)分析采用Spearman方法統(tǒng)計(jì)分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析各表中，各組之間或同組之間的比較，上標(biāo)*表示差異顯著（P＜0.05），上標(biāo)**表示差異極顯著（P＜0.01），未上標(biāo)*無(wú)差異。

2 結(jié)果

2.1 能量對(duì)血清FGF-21水平的影響

飼喂不同能量水平日糧對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的血清FGF-21水平影響如表1：A組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后飼喂低能量日糧，血清FGF-21逐漸升高；B組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始飼喂高能量日糧后血清FGF-21逐漸降低。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，奶牛攝入能量多，血清FGF-21水平下降，當(dāng)攝入能量少時(shí)，血清FGF-21濃度升高。

表1 兩組間FGF-21水平變化（pg·mL-1）Table 1 Variation of serum FGF-21 changes between two groups（pg·mL-1）

表2 飼喂低能量日糧組實(shí)驗(yàn)牛的理化指標(biāo)水平Table 2 Levels of biochemical and hormonal characteristics of group A

表3 飼喂高能量日糧組實(shí)驗(yàn)牛的理化指標(biāo)水平Table 3 Levels of biochemical and hormonal characteristics of group B

表4 兩組檢測(cè)指標(biāo)與成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（FGF-21）的相關(guān)系數(shù)Table 4 The relationship of circulating FGF-21 levels with biochemical and hormonal parameters in two groups

2.2 能量平衡狀態(tài)特征性指標(biāo)與FGF-21的關(guān)系

飼喂30%維持能量日糧對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的影響如表2：通過(guò)比較分析兩組實(shí)驗(yàn)牛第1天與第14天的血清理化指標(biāo)及激素指標(biāo)數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示血清FGF-21、β羥丁酸與瘦蛋白水平顯著升高，甘油三酯和胰高血糖素水平在實(shí)驗(yàn)期間沒(méi)有明顯差異。飼喂低能量日糧使血糖、胰島素和游離脂肪酸指標(biāo)出現(xiàn)了顯著的降低。胰高血糖素在飼喂低能量日糧后出現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但沒(méi)有顯著性差異。飼喂120%維持能量日糧對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的影響如表3所示：血糖、β羥丁酸顯著升高，飼喂高能量日糧使血清FGF-21濃度、胰島素、瘦蛋白指標(biāo)顯著降低。胰高血糖素和游離脂肪酸在飼喂高能量日糧后表現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，但均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。實(shí)驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)低能量日糧對(duì)甘油三酯水平存在影響。

飼喂30%維持能量日糧與飼喂120%維持能量日糧組奶牛血液能量負(fù)平衡特征性指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果如表4所示：在飼喂低能量日糧與飼喂高能量日糧的過(guò)程中血清FGF-21水平的變化趨勢(shì)均與瘦蛋白指標(biāo)為正相關(guān)；與血糖、β羥丁酸水平為負(fù)相關(guān)；血清FGF-21與甘油三酯、胰高血糖素、胰島素以及游離脂肪酸指標(biāo)并沒(méi)有顯著相關(guān)性。

3 討論

目前的研究表明FGF-21是肝臟中產(chǎn)生的重要代謝調(diào)節(jié)因子，在肝臟的脂肪氧化，甘油三酯的清除、酮體的生成以及機(jī)體適應(yīng)禁食過(guò)程中起到了重要的作用[8]。本實(shí)驗(yàn)中飼喂120%維持能量日糧實(shí)驗(yàn)牛血清FGF-21指標(biāo)顯著低于飼喂前，且飼喂不同能量水平日糧后FGF-21指標(biāo)組間差異顯著，飼喂30%維持能量日糧FGF-21水平顯著高于飼喂高能量日糧組，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明飼喂低能量日糧使FGF-21水平顯著升高，這與此前報(bào)道的極低熱量飲食（VL CD）小鼠血清FGF-21水平顯著升高的結(jié)果相一致[9]。奶牛血清FGF-21升高可以部分解釋為機(jī)體對(duì)高能量日糧飼喂的應(yīng)答[10]，表明FGF-21在奶牛能量代謝平衡狀態(tài)的調(diào)控中發(fā)揮作用。

在相關(guān)性分析中，F(xiàn)GF-21與胰島素沒(méi)有顯著相關(guān)性，這表明FGF-21水平的變化與與胰島素的變化無(wú)關(guān)。這與此前的研究中報(bào)道的FGF-21可以刺激非胰島素依賴(lài)性的葡萄糖攝取，而且可以提高胰島素的敏感性[11]的結(jié)果相一致。

與鼠和人的研究相比，有關(guān)奶牛FGF-21的國(guó)內(nèi)外研究甚少。結(jié)果顯示，奶牛在限飼時(shí)血清FGF-21水平顯著升高，這與此前的研究報(bào)道的血清FGF-21水平受機(jī)體營(yíng)養(yǎng)狀況調(diào)控以及在奶牛泌乳后期采用限飼方法誘導(dǎo)奶牛能量代謝負(fù)平衡情況下，奶牛分娩時(shí)血漿FGF-21水平同樣長(zhǎng)期顯著升高[12]的研究結(jié)果相一致。這表明奶牛能量缺乏是導(dǎo)致泌乳早期奶牛血漿FGF-21升高的重要因素，同樣說(shuō)明了FGF-21與圍產(chǎn)期奶牛能量代謝調(diào)控的密切關(guān)系。更重要的是，F(xiàn)GF-21還可以顯著的降低糖尿病嚙齒動(dòng)物和恒河猴的血糖水平，這意味著FGF-21可能在治療糖尿病以及其他營(yíng)養(yǎng)代謝性疾病中成為新的備選藥物。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了與血清FGF-21水平密切相關(guān)的能量負(fù)平衡特征性指標(biāo)以及在飼喂不同能量水平日糧時(shí)FGF-21的變化規(guī)律，但影響FGF-21在奶牛能量狀態(tài)改變時(shí)產(chǎn)生調(diào)控作用的分子機(jī)制以及代謝途徑尚不明確，期望通過(guò)進(jìn)一步研究，明確其作為奶牛能量代謝負(fù)平衡早期檢測(cè)指標(biāo)的價(jià)值以及開(kāi)發(fā)成治療藥物的可行性，為提高奶牛生產(chǎn)性能的研究提供更多理論依據(jù)與實(shí)踐基礎(chǔ)。

［1］劉國(guó)文，王哲.圍產(chǎn)期奶牛能量代謝障礙性疾病的研究進(jìn)展［J］.黑龍江畜牧獸醫(yī)，2004（8）：78-79.

［2］Nishimura T，Nakatake Y，Konishi M，et al.Identification of a novel FGF，F(xiàn)GF-21，preferentially expressed in the liver［J］.Biochim BiophysActa，2000，1492（1）：203-206.

［3］王會(huì)巖，張耀方，萬(wàn)曉珊，等.人成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-21分泌型表達(dá)及鑒定.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31（3）：255-257.

［4］Maxin G，Glasser F，Hurtaud C，Peyraud JL，et al.2011.Combined effects of trans-10，cis-12 conjugated linoleic acid，propionate，andacetate on milk fat yield and composition in dairy cows［J］.J Dairy Sci，2011，94（4）：2051-2059.

［5］Hondares E，Iglesias R，Giralt A，et al.Thermogenic activation induces FGF-21 expression and release in brown adipose tissue［J］.Biol.Chem，2011，286（15）：12983-12990.

［6］尚遠(yuǎn)宏，田金鳳，李松青，等.不同缺血時(shí)間對(duì)腦缺血/再灌注損傷大鼠神經(jīng)行為學(xué)的影響［J］.西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，41（5）：539-543

［7］Coskun T，Bina HA，Schneider MA et al.2008.FGF-21 corrects obesity in mice［J］.Endocrinology，2008，149（12）：6018-6027.

［8］Schoenberg K M，Giesy S L，Harvatine K J，et al.Plasma FGF-21 is elevated by the intense lipid mobilization of lactation［J］.Endocrinology，2011，152（12）：4652-4661.

［9］Cheng X，Zhu B，Jiang F，F(xiàn)an H.Serum FGF-21 levels in type 2 diabetic patients［J］.Endocr Res，2011，36（4）：142-148.

［10］Yan H，Xia M，Chang X，et al.Circulating fibroblast growth factor 21 levels are closely associated with hepatic fat content：a cross-sectional study［J］.PLoS ONE，2011（9）：24895.

［11］Kralisch S，F(xiàn)asshauer M.Fibroblast growth factor 21：effects on carbohydrate and lipid metabolism in health and disease［J］.Curr Opin Clin Nutr Metab Care，2011，14（4）：354-359.

［12］Potthoff MJ，Inagaki T，Satapati S，et al.FGF-21 induces PGC-1 alpha and regulates carbohydrate and fatty acid metabolism during the adaptive starvation response［J］. Proc.Natl.Acad，2009，106（26）：10853-10858.

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，F(xiàn)GF-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

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31272625）。

許秋實(shí)（1989-），男，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院2013級(jí)碩士研究生。

徐闖，男，教授，碩士研究生導(dǎo)師，E-mail：xuchuang7175@163.com.。