日粮纤维在繁殖母猪生产中的重要作用(续2)

来源:国外畜牧学-猪与禽    作者:    人气:    发布时间:2020-11-08    
 
日粮纤维在繁殖母猪生产中的重要作用(续2)
 

刘文峰 译 潘雪男 审

 

摘要:作者围绕母猪采食高纤维日粮前后其体内循环雌二醇、甜菜碱、神经肽Y和循环代谢物等物质的浓度发生相应的变化,阐述了高纤维日粮对猪繁殖有益作用的可能机制。

关键词:日粮纤维;卵母细胞;囊胚;母猪

 

4.5 高纤维日粮对猪繁殖有益作用的可能机制

高纤维日粮可提高母猪繁殖性能的潜在机制仍未明了,已知其可改变母猪体内雌二醇和黄体生成素(Luteinizing Hormone,LH)的水平,生殖激素对卵母细胞的成熟和成功妊娠起着重要的作用。雌二醇由发情期生长卵泡的颗粒细胞产生,并能够诱导下丘脑—垂体(H ypothalamic-Pituitary,HP)轴释放LH,从而触发母猪排卵(图1)。饲喂高纤维日粮的母猪在发情期第17天、第18天和第19天体内循环雌二醇的水平较低,在第18天LH脉冲频率较高以及LH峰值较高。循环雌二醇水平的降低可减少对HP轴的负反馈效应,从而可增加LH脉冲频率。

 Dietary fibre(B)(刘文峰).jpg

图1  猪发情期和相对应的卵泡发育阶段生殖激素分布图。黄体生成素(LH,红色)、促卵泡生成素(FSH,蓝色)、雌二醇(E2,紫色)和孕酮(P4,绿色)在母猪发情期和相对应的卵泡发育阶段的分布。

注:FSH水平的提高能够诱发初级卵泡(a)向次级卵泡(b)的发育,随后次级卵泡向三级(窦性)卵泡(c)发育,最后形成排卵前卵泡(d)。紧接着P4(参与子宫内膜的形成)水平和E2(会启动LH快速释放)水平的上升。LH水平的激增会导致卵泡破裂,这一过程被称为排卵(e)。激素的相对水平可以显示激素在发情期的变化情况;E2浓度单位为pg/mL,而P4、FSH和LH浓度单位为ng/mL。

4.5.1 循环雌二醇浓度降低

血浆中的雌激素既可以与蛋白质结合,也可以游离存在,因此对靶细胞具有生物活性。有活性的雌激素主要是雌二醇-17β(E2),后者可以在母猪的肝脏中代谢为雌酮和少量的雌三醇。在肝脏中,雌激素会与葡萄糖醛酸和(或)硫酸盐结合,使其具有水溶性。血浆中过量的结合型雌激素会通过尿液被排出或以胆汁形式被排入肠道中。然而,约50%的这种结合型雌激素会通过胆汁从肝脏被排入肠道。这种结合型雌激素会在母猪肠腔中降解,形成的雌激素大约80%会通过肠壁和静脉门被机体重新吸收进入肝脏。人摄入较多的膳食纤维后,体内循环雌二醇的水平会下降,同时粪便中雌激素的含量会减少。

 

雌二醇能够与各种类型的纤维(包括消胆胺、木质素和纤维素)和纤维源(包括小麦麸、谷物、种子和豆类)紧密结合。与饲喂小麦粉型日粮(含0.5%的纤维)的大鼠相比,大鼠喂给小麦麸型日粮24 h后,其粪便中游离和未结合型雌激素的排泄量增加3倍。Arts等还研究了给雄性大鼠饲喂非纤维类小麦淀粉型日粮、低纤维类小麦粉型日粮或高纤维类小麦麸型日粮对注射E2(C14标记)后雌激素排泄的影响。结果发现,与喂给其他两种类型日粮的大鼠相比,饲喂小麦麸的大鼠在注射E2后第1天通过粪便排出的E2数量大约为2倍,注射E2 3周后E2的粪便排泄率增加。

 

4.5.2 神经肽Y与饱腹感

高纤维日粮发挥作用的另一个机制可能是神经递质,即神经肽Y(Neuropeptide Y,NPY)。NPY能够参与调节猪的采食量和促性腺激素释放激素的分泌。高纤维日粮可增加猪肠道的充盈度,从而激活NPY系统,包括影响下丘脑促性腺激素释放激素(Gonadotrophin Releasing Hormone,GnRH)的分泌。尽管饲喂高纤维日粮的猪体内的NPY水平尚未进入测定,但是核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)研究比较了给猪饲喂含高水平淀粉的日粮或含高水平的脂肪和纤维的日粮后其血浆中的代谢物组成,结果发现猪饲喂高纤维日粮后,血浆中的瘦素浓度较低,这表明瘦素可以调节采取以上饲喂方案的猪的采食量。猪饲喂高纤维日粮后,其体内的NPY和瘦素与GnRH的释放和促性腺激素的分泌之间的关系需要进一步研究,特别是考虑到饲喂高纤维日粮的猪体内雌二醇浓度较低以及NPY可以在存在循环雌激素的情况下刺激垂体前叶中LH和促卵泡激素(FSH)的释放。

 

4.5.3循环代谢物

另一个可能的机制是可调节血浆和卵巢卵泡液中代谢物的浓度。例如,猪饲喂高纤维日粮后,其胰岛素样生长因子-1(Insulin-Like Growth Factor-1,IGF-1)和瘦素的循环水平下降。Jégou等[68]发现,饲喂高脂高纤维日粮的猪其血浆中β-羟丁酸、瘦素、葡萄糖、胰岛素和尿素的浓度较低。然而,与Jégou等[68]的研究结果相反,Yde等发现日粮纤维不会明显影响猪体内葡萄糖和胰岛素的反应,但喂给甜菜粕的猪比饲喂马铃薯渣或果胶的猪有更高浓度的胰岛素。高纤维日粮会增加猪血浆中短链脂肪酸和非酯化脂肪酸的浓度[l1] ,但日粮中的纤维含量与血浆中肌酸的含量呈负相关。该研究为还为不同种类的纤维确定了血浆中的生物标记物:果胶的生物标记物是甲基磺酰甲烷(DMSO2),马铃薯渣的是青蟹肌醇和DMSO2,甜菜粕的是青蟹肌醇、DMSO2和甜菜碱。甜菜碱是一种甲基供体,与表观遗传过程有关,这一点特别值得关注。

 

4.5.4甜菜碱、甲基化作用和表观遗传学

在配种前或配种后不久改变母猪的日粮会影响卵母细胞和胚胎的基因表达模式,这种基因表达模式可能会在胎儿出生前和出生后的整个生命周期中持续存在——一个被称为表观遗传学的生理过程。卵母细胞成熟是基因组印记消除、获取和维持的关键时期。这些变化至少有一部分是由基因甲基化模式介导的。由于雌性的甲基化印记是在卵母细胞成熟时建立的,因此雌性在卵巢卵泡发育过程中的代谢状态会对甲基化过程产生重要的影响(Sinclair等[71]的综述)。

 

甜菜碱是一种三甲基甘氨酸衍生物,参与表观遗传过程,特别是脱氧核糖核酸(DNA)和组蛋白的甲基化。日粮中的甜菜碱或胆碱会氧化成甜菜碱,将甲基提供给同型半胱氨酸,将其转化为蛋氨酸,而甜菜碱本身则被甜菜碱—同型半胱氨酸甲基转移酶(Betaine-Homocysteine Methyltransferase,BHMT)转化为二甲基甘氨酸。蛋氨酸随后被转化为甲基供体S-腺苷蛋氨酸(S-Adenosylmethionine,SAM),SAM是DNA甲基化的主要甲基供体。

 

通过加入饮水的方式给小鼠补充甜菜碱可以提高其血浆、肌肉和肝脏中甜菜碱的浓度。然而,给小鼠同时饲喂甜菜碱和可溶性纤维葡聚糖,其血浆中甜菜碱的含量会进一步增加。高纤维日粮也能提高猪血浆中甜菜碱的浓度。质子核磁共振光谱法分析表明,高胆固醇症猪饲喂高纤维(含黑麦面包)日粮后,其机体能够散发出较高强度的甜菜碱甲基质子信号[76]。然而,值得注意的是,与通过加入日粮中直接饲喂甜菜碱的猪相比,饲喂高纤维日粮的猪对甜菜碱的吸收速度要慢4~6倍。

 

一项研究提出了与以上结果相反的结论,其中对血浆进行的质子核磁共振光谱分析显示,在血浆中甜菜碱的浓度上,饲喂含低纤维日粮的母猪要高于喂给含高水平可溶性纤维和不溶性纤维的日粮的母猪。然而,这项研究仅以6头母猪为试验动物,在3(重复)×3(交叉)的试验设计中使用3种试验日粮,这很可能会导致饲料效应“残留(carry-over)”。有趣的是,这项研究是由同一个研究小组完成的,他们将甜菜碱、二甲基砜和青蟹肌醇作为母猪饲喂甜菜粕日粮的生物标记物。早期的血浆代谢组学(metabolomic)研究以更多的母猪为试验动物:48头怀孕的初产母猪,每个处理组12头母猪,增加了初步结果的可信度,表明甜菜碱是母猪饲喂甜菜粕日粮的一个有效的生物标记物。

 

据说,在母猪的卵巢中,甜菜碱在卵母细胞减数分裂成熟期间隙连接(gap junctions)关闭前通过卵丘细胞运输,随后通过受精后产生的信号阈值调节跨膜衔接子1(Signalling Threshold-Regulating Transmembrane adapter 1,SIT1)转运蛋白来调节MII期卵母细胞中的甜菜碱。有证据表明BHMT的活性与在卵母细胞和囊胚中发生的甲基化过程上的叶酸循环有关。当叶酸循环被甲氨蝶呤(一种抗叶酸药物)抑制或BHMT表达被反义吗啉阻断时,小鼠囊胚内细胞群(Inner Cell Mass,ICM)的平均细胞数将会减少。这两种生理活动受到影响会严重影响ICM的发育和细胞数量的影响更为严重。此外,当BHMT和叶酸循环同时受到影响时,小鼠囊胚中的总SAM水平会下降近一半,DNA甲基化将会至少下降45%~55%。

 

然而,如果母猪在整个妊娠期采食添加了甜菜碱的日粮,其后代会受到不利影响:所产仔猪的血清和肝脏会含有较高水平的甜菜碱,血清中的蛋氨酸含量较高,肝脏中蛋氨酸代谢酶表达较高,最终会导致新生仔猪肝细胞增殖受到抑制,调节基因、细胞周期蛋白D2(cyclin D2)和早老素1(prenilin1)的表达下调。

 

母猪饲喂甜菜碱后,通过胆固醇代谢基因的表观遗传调控可以增加新生仔猪肝脏中胆固醇的含量。Hu等证明,给入孵种蛋的卵内注射甜菜碱液,可以通过胆固醇生物合成酶3-羟基-3-甲基戊二酰-CoA还原酶(3-Hydroxy-3-MethylGlutaryl-CoA Reductase,HMGCR)提高出壳雏鸡血清和肝脏中胆固醇的水平。此外,该酶可以将胆固醇转化胆汁酸,其肝蛋白和mRNA酶的水平也下调,这[胆固醇-7α-羟化酶(Cholesterol-7 alpha-hydroxylase,CYP7A1)]将胆固醇转化为。另外,给入孵种蛋卵内注射甜菜碱可以提高所孵出雏鸡体内参与胆固醇生物合成和逆向转运的肝蛋白分子的水平。甜菜碱对雏鸡的表观遗传效应是通过新出壳雏鸡(经甜菜碱处理)肝脏中参与全基因组DNA和组蛋白H3甲基化的酶的蛋白质含量的改变来证实。Hu等报道了肝DNA甲基转移酶1和腺苷高半胱氨酸酶(adenosylhomocysteinase-like)(与基因组DNA高甲基化相关的酶)的水平提高以及肝组蛋白H3赖氨酸27三甲基化程度降低。最近,组蛋白H3被证实是猪胚胎中的表观遗传抑制因子。

 

可以推测,在配种前给母猪饲喂高纤维日粮的好处部分可能源自甜菜碱对卵母细胞发育的影响。

 

 
 
 
5  结论

日粮的纤维原料通常是食品和饮料工业的低价格副产品,慎重地加入猪的商业性饲料中可以为改善养猪生产的多项指标提供机会,包括通过增加猪的饱腹感、减少刻板行为、减少环境污染和提高母猪的繁殖力来提高猪的福利。本文所引用的研究表明,在配种前给母猪饲喂高纤维日粮特别有益。这是因为高纤维日粮能使母猪分泌可以提高卵母细胞质量的内分泌物质和卵巢卵泡液。这种卵母细胞更有可能会形成有活力的胚胎,能够在整个妊娠期并且跟仔猪一样更好地存活下来。这些益处明显需要根据日粮改变对盈利的影响以及某些日粮纤维源的弊端进行权衡。例如,就在哺乳期间给母猪饲喂USBP而论,甜菜粕的吸水性会降低粪便的干物质含量,从而使分娩栏出现卫生问题,并抑制母猪的食欲。

 

因此,为了确定具体的系统或生理途径,这些研究旨在:(a)确定最有效的日粮纤维;(b)确定饲喂高纤维日粮的最佳时期和最佳持续时间;(c)了解潜在的机制。调控这些系统或生理途径将对养猪业非常有价值。

 

 
 
译者简介
 
 

刘文峰(1982- ),男,黑龙江省哈尔滨人,汉族,硕士,高级畜牧师,现就职于谷实农牧集团股份有限公司,主要从事猪的营养与饲料配方研发;E-mail:289973083@qq.com

 

 

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责任编辑:闪电
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