硫胺素（Thiamine）对热应激条件下哺乳绵羊乳腺炎症、抗氧化功能及泌乳性能的调控作用

《Animal Nutrition》：Thiamine modulates the mammary inflammation, antioxidant function and lactation performance in lactating sheep under heat-stress conditions

　　

本研究探讨了日粮硫胺素（Thiamine）补充对热应激（Heat Stress，HS）条件下湖羊（Hu ewes）乳腺炎症、抗氧化功能及泌乳性能的影响。选用24头泌乳期湖羊（胎次1–2；泌乳天数=14±1 d；产奶量=1.25±0.08 L/d），体重52.6±2.7 kg，体况评分2.62±0.12（0=消瘦，5=肥胖）。经过7 d适应期后，试验羊随机分为3个处理组，在不同环境温度条件下饲养21 d：热中性无补充组（CON）、热应激无补充组（HS）、热应激+日粮硫胺素补充组（100 mg/kg干物质采食量（Dry Matter Intake，DMI），THS）。每组8个重复，每个重复1只羊。与HS组相比，THS组显著提高了产奶量、乳脂、乳糖和乳蛋白水平（P<0.05），但DMI无显著差异。与CON组相比，THS组DMI、产奶量、乳脂、乳糖和乳蛋白水平均显著降低（P<0.05）。与HS组相比，THS组预制脂肪酸（Preformed FA）、C_18:0、C_18:1n9c、C_18:2n6c、C_18:3和C_20:3的乳脂肪酸产量显著降低（P<0.05）。与CON组相比，THS组预制脂肪酸、C_18:0、C_18:1n9c、C_18:2n6c和C_20:3的乳脂肪酸产量显著增加（P<0.05）。THS组乳汁中精氨酸、亮氨酸、缬氨酸、丙氨酸和天冬氨酸产量显著高于HS组（P<0.05）。与HS组相比，THS组乳腺静脉血和乳腺组织中总抗氧化能力（Total Antioxidant Capacity，T-AOC）、超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione Peroxidase，GSH-Px）活性及甘油三酯含量显著升高（P<0.05），而丙二醛（Malondialdehyde，MDA）以及肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-1β（IL-1β）水平显著降低（P<0.05）。与HS组相比，THS组乳腺组织中乳糖合成相关蛋白（GLUT1、GLUT3和LALBA）、乳脂合成相关蛋白（FASN、SCD和PPARγ）以及乳蛋白合成相关蛋白（CAT1、EAAT3和ASCT2）的蛋白丰度显著升高（P<0.05）。与CON组相比，THS组上述蛋白丰度显著降低（P<0.05）。这些结果表明，硫胺素补充能够缓解乳腺炎症、改善乳腺抗氧化功能并提升泌乳性能。

该研究发表于《Animal Nutrition》，旨在探讨热应激对湖羊乳腺健康及泌乳性能的影响机制，并评估硫胺素补充的缓解效应。研究背景在于，热应激（Heat Stress）是指环境条件导致动物核心体温超过其热阈值的状态，通常由高温、太阳辐射及特定湿度与风速共同作用，使环境有效温度频繁超出动物等热区（Thermoneutral Zone）而引发。热应激是高温地区奶牛生产的主要制约因素，尽管绵羊因采食量波动较小而被认为较奶牛更耐高温，但长期极端热暴露仍会显著加剧其负面效应。热应激可扰乱绵羊的关键生理过程，包括激素平衡改变，最终导致产奶量下降。而奶产量与奶品质是羔羊生长和免疫发育的关键因素，其降低会减少羔羊生长效率，进而影响后期育肥性能。研究表明，热应激降低干物质采食量（DMI）和反刍率，间接导致产奶量下降；同时改变泌乳所需的激素释放，影响乳腺组织中皮质醇（CORT）、催乳素（PRL）、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）、胰岛素受体（INSR）等基因水平，提示其对乳腺细胞的直接影响。此外，热应激 dairy cows 和 goats 经历蛋白质分解代谢增强，部分 mobilized 氨基酸用于糖异生。然而，热应激如何影响泌乳期湖羊乳腺炎症、抗氧化功能及泌乳性能尚待深入研究。

硫胺素即维生素B₁，在碳水化合物代谢中具有关键作用，作为三羧酸循环（Tricarboxylic Acid Cycle）和磷酸戊糖途径（Pentose Phosphate Pathway）等重要代谢途径的辅酶。除碳水化合物代谢外，硫胺素补充还能缓解高精料日粮诱导的局部炎症和瘤胃黏膜损伤。早期研究表明，硫胺素通过有效中和自由基发挥抗氧化特性，从而抑制凋亡过程。日粮补充硫胺素可增强瘤胃发酵、缓解热应激诱导的炎症反应，并恢复热应激湖羊的产奶量。但硫胺素如何调控热应激湖羊乳腺炎症、抗氧化功能及泌乳能力的机制尚不明确。因此，本研究聚焦于评估热应激对湖羊乳腺炎症、抗氧化功能及泌乳性能（产奶量和乳成分）的影响，以及对热应激湖羊补充硫胺素的潜在调控作用。

研究人员开展的主要技术方法包括：选用24头泌乳期湖羊，随机分为CON、HS和THS三组，在气候舱中分别于热中性（22–24°C，温湿度指数THI<80）和热应激（昼夜循环27–37°C，THI>80）条件下饲养21天。样本来源于扬州大学实验动物，经该校伦理委员会批准（SYXK 2016–0019）。主要技术方法涵盖：产奶性能测定（称重法记录产奶量，中红外光谱法检测乳成分）、乳脂肪酸气相色谱分析（GC，配备CP-Sil 88毛细管柱和火焰离子化检测器）、乳氨基酸气相色谱-串联质谱测定（GC–MS/MS，经盐酸水解、MTBSTFA衍生化后采用HP-5MS柱分离）、乳腺静脉血与组织抗氧化指标及细胞因子酶联免疫吸附测定（ELISA）、实时荧光定量PCR（qRT-PCR，以β-actin为内参，采用2^?ΔΔCt法分析基因表达）以及蛋白质印迹（Western blot，以β-actin为对照蛋白定量靶蛋白）。数据统计采用SPSS 16.0软件进行单因素方差分析和Tukey事后检验。

研究结果部分，研究首先记录了温湿度指数（THI），确认HS和THS组THI始终高于80，成功建立热应激模型。在DMI、产奶量及乳成分方面，HS组较CON组DMI、乳脂、产奶量、乳糖和蛋白水平显著下降；THS组较HS组除DMI外上述指标显著升高，但较CON组仍显著降低，表明硫胺素可部分恢复热应激损伤的泌乳性能。乳脂肪酸产量方面，与CON组相比，HS组新生脂肪酸（De Novo Fatty Acids，DNFA）、混合脂肪酸（Mixed Fatty Acids，MFA）及短中链脂肪酸产量显著降低，而预制脂肪酸及长链不饱和脂肪酸显著升高；THS组较HS组DNFA、MFA及短中链脂肪酸产量显著上调，预制脂肪酸及长链不饱和脂肪酸显著降低，提示硫胺素促进乳腺脂肪酸从头合成。乳氨基酸产量方面，HS组多种氨基酸产量显著低于CON组，THS组精氨酸、亮氨酸、缬氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、鸟氨酸和脯氨酸产量较HS组显著增加，而赖氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸 Father cysteine 无显著变化。

细胞因子含量方面，HS组乳腺静脉血和乳腺组织中TNF-α、IL-6和IL-1β含量较CON组显著升高，THS组较HS组显著降低，表明硫胺素抑制乳腺炎症反应。抗氧化活性与甘油三酯水平方面，HS组T-AOC、SOD、GSH-Px活性及甘油三酯含量较CON组显著降低，MDA水平显著升高；THS组较HS组抗氧化指标和甘油三酯含量显著升高，MDA水平显著降低，显示硫胺素改善乳腺抗氧化功能。基因相对mRNA丰度方面，HS组乳腺组织中屏障功能相关基因（ZO-1、occludin、claudin-1）、抗氧化相关基因（CAT、GPX1、SOD2、NRF2、HO-1、NQO1）、乳糖合成相关基因（GLUT1、GLUT3、LALBA）、乳脂合成相关基因（FASN、SCD、ACACA、PPARγ）及乳蛋白合成相关基因（SLC7A1、SLC1A1、SLC7A7、SLC1A5、SLC15A1）的mRNA表达显著下调，而炎症反应相关基因（TLR-4、NF-κB、TNF-α、IL-6）显著上调；THS组则呈现相反趋势，证实硫胺素在转录水平调控乳腺代谢与免疫。蛋白丰度方面，Western blot结果显示HS组乳糖合成相关蛋白（GLUT1、GLUT3、LALBA）、乳脂合成相关蛋白（FASN、SCD、PPARγ）和乳蛋白合成相关蛋白（CAT1、EAAT3、ASCT2）的蛋白丰度较CON组降低，THS组较HS组显著回升，进一步验证硫胺素对乳成分合成的促进作用。

讨论部分，研究人员指出该研究设计侧重于评估实际生产条件下热应激的综合负面影响，而非单纯隔离热应激的直接生理效应。热应激导致DMI下降是产奶量降低的重要途径，而硫胺素虽不能缓解热应激诱导的DMI降低，但可通过提高营养利用效率、促进乳腺上皮细胞增殖来增强DNFA和MFA合成。PPARγ作为脂质代谢关键调控因子，激活脂肪生成途径并调控ACACA、FASN、SCD等基因表达；硫胺素上调FASN、SCD、ACACA和PPARγ的基因及蛋白水平，提示其增强了脂肪酸从头合成、饱和脂肪[\u0001]酸去饱和及MFA水平。乳蛋白合成取决于氨基酸可用性和乳腺生物合成能力，硫胺素通过上调氨基酸转运相关基因（SLC7A1、SLC1A1、SLC7A7、SLC1A5、SLC15A1）和蛋白（CAT1、EAAT3、ASCT2），提高氮利用效率、减少氨基酸分解代谢，从而促进热应激泌乳羊的乳蛋白合成。乳糖合成方面，硫胺素通过提高GLUT1、GLUT3和LALBA蛋白水平，增强葡萄糖摄取和乳糖合成能力。抗氧化方面，硫胺素激活NRF2-ARE信号通路，上调抗氧化酶基因（CAT、GPX1、SOD2）和II相代谢酶基因（HO-1、NQO1），减轻乳腺氧化损伤。抗炎方面，硫胺素通过抑制TLR4/MyD88/NF-κB信号轴，降低TNF-α、IL-6、IL-1β等促炎因子水平，并通过上调ZO-1、occludin、claudin-1等紧密连接蛋白基因表达改善乳腺屏障完整性。未来研究将进一步整合数据，深入探索硫胺素缓解乳腺热应激的核心机制，分析其增强乳腺抗氧化防御（Nrf2通路激活）、抑制炎症反应（NF-κB通路抑制）及作为关键代谢酶辅因子的直接功能三者之间的相互关系及可能的层级作用。

研究结论指出：在21天泌乳期内，高温环境暴露导致湖羊产奶性状（产奶量、乳脂、乳蛋白和乳糖含量）显著下降，并伴随热应激反应激活，进一步诱导乳腺炎症、抗氧化能力及上皮屏障完整性改变。日粮硫胺素补充可通过提高乳糖、乳脂和乳蛋白合成相关基因和蛋白表达，改善热应激羊的乳糖、乳脂肪酸和乳氨基酸产量；此外，日粮硫胺素补充还能降低乳腺炎症和抗氧化功能障碍，部分促进乳腺屏障功能恢复和泌乳性能提升。未来工作将阐明硫胺素如何通过激活Nrf2抗氧化通路、抑制NF-κB炎症通路及其作为必需代谢辅因子的功能三者之间的相互作用来缓解乳腺热应激。