亚急性瘤胃酸中毒对泌乳奶牛血浆生化指标及代谢组的影响研究

doi:10.11686/cyxb2020323

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (6): 141-150.DOI: 10.11686/cyxb2020323

亚急性瘤胃酸中毒对泌乳奶牛血浆生化指标及代谢组的影响研究

亓王盼¹^,²(), 牟英玉¹^,², 张涛¹^,², 张继友¹^,², 毛胜勇¹^,²()

^1.国家动物消化道营养国际联合研究中心，江苏省消化道营养与动物健康重点实验室，南京农业大学消化道微生物研究室，江苏南京 210095
^2.动物科学类国家级实验教学示范中心，南京农业大学，江苏南京 210095

收稿日期:2020-07-07 修回日期:2020-11-02 出版日期:2021-05-21 发布日期:2021-05-21
通讯作者: 毛胜勇
作者简介:Corresponding author. E-mail: maoshengyong@njau.edu.cn
亓王盼（1996-），女，山西临汾人，在读硕士。E-mail: qwp470637640@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(31872384);中央高校基本科研业务费(JCQY201905)

Plasma biochemical indexes and metabolomics profile changes of dairy cows with subacute ruminal acidosis

Wang-pan QI¹^,²(), Ying-yu MU¹^,², Tao ZHANG¹^,², Ji-you ZHANG¹^,², Sheng-yong MAO¹^,²()

^1.National Centre for International Research on Animal Gut Nutrition，Laboratory of Gastrointestinal Microbiology，Nanjing Agricultural University，Jiangsu Key Laboratory of Gastrointestinal Nutrition and Animal Health，Nanjing 210095，China
^2.National Experimental Teaching Demonstration Center of Animal Science，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China

Received:2020-07-07 Revised:2020-11-02 Online:2021-05-21 Published:2021-05-21
Contact: Sheng-yong MAO

摘要/Abstract

摘要：

本试验旨在探究亚急性瘤胃酸中毒（subacute rumen acidosis， SARA）对泌乳奶牛血液生化指标和血浆代谢组的影响。试验选用8头装有永久性瘤胃瘘管的泌乳中期奶牛，随机分成对照组（CON）（n=4）和处理组（SARA）（n=4），CON组与SARA组分别饲喂精粗比为4∶6和6∶4的全混合日粮，试验周期为3周。于试验期每周最后一天晨饲后0、2、4、6、8和12 h进行瘤胃pH的测定，同时在pH测定当天晨饲后6 h采集颈静脉血样，用于血液生化指标和代谢组的分析。结果表明，与CON组相比，SARA组的瘤胃pH显著降低（P=0.002），两组干物质采食量没有显著差异（P=0.524）。血浆生化指标结果显示，与CON组比较，SARA组奶牛的β-羟丁酸浓度显著降低（P=0.007），甘油三酯浓度显著升高（P=0.014）。采用液相-质谱（LC-MS）联用技术对血浆进行代谢组学分析，主成分分析（PCA）和偏最小二乘法分析（PLS-DA）结果显示，SARA组奶牛血浆代谢物组成较CON组发生明显变化，两组间共检测到26种差异代谢物（VIP>1 & FDR<0.05），与CON组相比，SARA组奶牛血浆中的7-酮脱氧胆酸、脱氧胆酸、胆酸、12-酮脱氧胆酸、12（13）Ep-9-KODE、12，13-DHOME和L-天冬酰胺代谢物含量显著升高（FDR<0.05），而十一烷二酸、十六烷二酸、9-HODE、血氧烷B3、PGE2、L-精氨酸、L-色氨酸、L-苏氨酸、异丁酰甘氨酸、异戊酰甘氨酸、马尿酸、4-羟基马尿酸和6-磷酸-2-脱氢-D-葡萄糖酸酯等代谢物含量显著降低（FDR<0.05）。综上，与CON组比较，SARA组奶牛的脂代谢、氨基酸代谢和糖代谢发生显著变化，这些物质可作为SARA潜在的生物标志物。

关键词: 亚急性瘤胃酸中毒, 奶牛, 血浆, LC/MS, 代谢组学

Abstract:

This research explored the relationship between subacute ruminal acidosis （SARA） and blood metabolic changes in dairy cows. Eight ruminally cannulated Holstein cows in mid-lactation were randomly assigned to either a low-concentrate （40%） diet （CON） or a high-concentrate （60%） diet （SARA） for 3 weeks. On the last day of each week of the experimental period， ruminal pH was measured at 0， 2， 4， 6， 8 and 12 h after morning feeding， and blood samples for metabolomics analysis and determination of the biochemical indexes were obtained from the jugular vein at 6 h after morning feeding. It was found that， compared with the control group， ruminal pH was significantly reduced in the SARA group （P=0.002）. No difference was observed in dry matter intake （DMI） between the two groups （P=0.524）. The results for plasma biochemical indexes showed that cows fed the SARA diet had a lower plasma concentration of β-hydroxybutyrate （P=0.007）， and a higher concentration of triglycerides （P=0.014）. Plasma metabolomics profile was performed using liquid chromatography/mass spectrometry （LC/MS）. Both principal component analysis （PCA） and partial least squares discriminant analysis （PLS-DA） showed a clear separation between the CON and SARA groups. By multivariate analysis， 26 differential plasma metabolites were identified ［variable importance in the projection （VIP） >1 and false discovery rate （FDR）<0.05］. Compared with the CON group， in the SARA group， 7-ketodeoxycholic acid， deoxycholic acid， cholic acid， 12-ketodeoxycholic acid， 12（13）Ep-9-KODE， 12，13-DHOME and L-asparagine metabolites were significantly increased （FDR<0.05）， while undecanedioic acid， hexadecanedioic acid， 9-HODE， thromboxane B3， PGE2， L-arginine， L-tryptophan， L-threonine， isobutyrylglycine， isovalerylglycine， hippuric acid， 4-hydroxyhippuric acid and 6-phospho-2-dehydro-D-gluconate were significantly reduced （FDR<0.05）. Overall， compared with the CON group， SARA affected the lipid metabolism， amino acid metabolism and glucose metabolism of dairy cows. The identified differential metabolites may serve as potential biomarkers for SARA.

Key words: subacute ruminal acidosis, dairy cows, plasma, LC/MS, metabolomics

亓王盼, 牟英玉, 张涛, 张继友, 毛胜勇. 亚急性瘤胃酸中毒对泌乳奶牛血浆生化指标及代谢组的影响研究[J]. 草业学报, 2021, 30(6): 141-150.

Wang-pan QI, Ying-yu MU, Tao ZHANG, Ji-you ZHANG, Sheng-yong MAO. Plasma biochemical indexes and metabolomics profile changes of dairy cows with subacute ruminal acidosis[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2021, 30(6): 141-150.

图/表 9

参考文献 29

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项目 Item	对照组 CON	处理组 SARA
日粮组成 Diet ingredient
苜蓿草 Alfalfa (%DM)	24.00	17.00
燕麦草 Oat grass (%DM)	24.00	17.00
青贮玉米 Silage (%DM)	12.00	6.00
玉米 Corn (%DM)	19.40	24.92
豆粕 Soybean meal (%DM)	13.50	13.48
大麦 Barley (%DM)	0.00	12.00
玉米酒精糟 Corn distiller’s grains (%DM)	3.80	5.91
石粉 Limestone (%DM)	0.80	1.48
磷酸氢钙 Calcium monohydrogen phosphate (%DM)	1.10	0.92
食盐 Salt (%DM)	0.40	0.37
预混料 Premix¹ (%DM)	1.00	0.92
营养水平 Nutritional level
粗蛋白 Crude protein (%DM)	16.16	16.12
钙 Ca (%DM)	1.14	1.18
磷 P (%DM)	0.52	0.51
中性洗涤纤维 Neutral detergent fiber (%DM)	36.14	29.92
非纤维性碳水化合物 Non-fibrous carbohydrate (%DM)	35.39	42.34
粗灰分 Crude ash (%DM)	5.97	4.87
泌乳净能 Net energy (Mcal·kg^-1)	1.57	1.64
粗脂肪 Ether extracts (%DM)	3.05	3.05
淀粉 Starch (%DM)	17.96	27.82

项目 Item	对照组 CON	处理组 SARA
日粮组成 Diet ingredient
苜蓿草 Alfalfa (%DM)	24.00	17.00
燕麦草 Oat grass (%DM)	24.00	17.00
青贮玉米 Silage (%DM)	12.00	6.00
玉米 Corn (%DM)	19.40	24.92
豆粕 Soybean meal (%DM)	13.50	13.48
大麦 Barley (%DM)	0.00	12.00
玉米酒精糟 Corn distiller’s grains (%DM)	3.80	5.91
石粉 Limestone (%DM)	0.80	1.48
磷酸氢钙 Calcium monohydrogen phosphate (%DM)	1.10	0.92
食盐 Salt (%DM)	0.40	0.37
预混料 Premix¹ (%DM)	1.00	0.92
营养水平 Nutritional level
粗蛋白 Crude protein (%DM)	16.16	16.12
钙 Ca (%DM)	1.14	1.18
磷 P (%DM)	0.52	0.51
中性洗涤纤维 Neutral detergent fiber (%DM)	36.14	29.92
非纤维性碳水化合物 Non-fibrous carbohydrate (%DM)	35.39	42.34
粗灰分 Crude ash (%DM)	5.97	4.87
泌乳净能 Net energy (Mcal·kg^-1)	1.57	1.64
粗脂肪 Ether extracts (%DM)	3.05	3.05
淀粉 Starch (%DM)	17.96	27.82

时间 Time (min)	流速 Flow rate (mL·min^-1)	流动相A Mobile phase A (%)	流动相B Mobile phase B (%)
0	0.3	95	5
1	0.3	95	5
2	0.3	60	40
7	0.3	20	80
11	0.3	5	95
15.5	0.3	95	5
19.5	0.3	95	5

时间 Time (min)	流速 Flow rate (mL·min^-1)	流动相A Mobile phase A (%)	流动相B Mobile phase B (%)
0	0.3	95	5
1	0.3	95	5
2	0.3	60	40
7	0.3	20	80
11	0.3	5	95
15.5	0.3	95	5
19.5	0.3	95	5

项目 Item	对照组 CON (mmol·L^-1)	试验组 SARA (mmol·L^-1)	标准误 SEM	P值 P-value
项目 Item	对照组 CON (mmol·L^-1)	试验组 SARA (mmol·L^-1)	标准误 SEM	饲喂天数 Feeding days	日粮 Diet	饲喂天数日粮 Daydiet
β-羟丁酸 β-hydroxybutyric acid (BHBA)	0.449	0.393	0.013	0.200	0.007	0.002
葡萄糖 Glucose (Glu)	6.166	6.894	0.224	0.003	0.057	0.867
胆固醇 Cholesterol (TC)	5.323	5.151	0.171	0.691	0.645	0.783
甘油三酯 Triglyceride (TG)	1.228	1.508	0.061	0.064	0.014	0.499
游离脂肪酸Nonestesterified fatty acid (NEFA)	0.153	0.148	0.004	0.284	0.584	0.865

亚急性瘤胃酸中毒对泌乳奶牛血浆生化指标及代谢组的影响研究

Plasma biochemical indexes and metabolomics profile changes of dairy cows with subacute ruminal acidosis

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差异代谢物 Differential metabolites	贡献度 Contribution (VIP)	P 值 P-value (FDR)	倍数关系Multiple relations (FC, SARA∶CON)
脂质及脂肪酸 Lipids and fatty acids
7-酮脱氧胆酸 7-ketodeoxycholic acid	1.743	0.010	4.557
脱氧胆酸Deoxycholic acid	1.518	0.021	3.271
胆酸Cholic acid	1.635	0.006	2.758
12-酮脱氧胆酸12-Ketodeoxycholic acid	1.944	0.012	2.706
12(13)Ep-9-KODE	2.494	0.006	1.475
12,13-DHOME	1.753	0.007	1.403
十一烷二酸Undecanedioic acid	1.636	0.025	0.771
十六烷二酸Hexadecanedioic acid	1.816	0.006	0.623
9-HODE	2.331	0.001	0.491
血氧烷B3 Thromboxane B3	1.963	0.001	0.373
前列腺素E2 Prostaglandin E2	2.062	0.001	0.330
氨基酸类及其衍生物 Amino acids and derivatives
L-天冬酰胺L-Asparagine	1.035	0.012	1.832
L-精氨酸L-Arginine	1.626	0.045	0.816
L-色氨酸L-Tryptophan	1.482	0.018	0.792
L-苏氨酸L-Threonine	1.716	0.045	0.763
异丁酰甘氨酸Isobutyrylglycine	2.022	0.001	0.645
异戊酰甘氨酸Isovalerylglycine	1.558	0.039	0.628
有机酸 Organic acids
3-羟基十二烷二酸3-Hydroxydodecanedioic acid	1.630	0.018	0.719
酮亮氨酸Ketoleucine	1.767	0.025	0.709
苯甲酸及其衍生物 Benzoic acids and derivatives
马尿酸Hippuric acid	2.152	0.006	0.728
4-羟基马尿酸4-Hydroxyhippuric acid	1.958	0.005	0.592
其他 Others
6-磷酸-2-脱氢-D-葡萄糖酸酯6-phospho-2-dehydro-D-gluconate	2.319	0.045	0.811
硬脂酰乙醇酰胺Stearoylethanolamide	1.527	0.039	0.781
吡哆胺Pyridoxamine	1.978	0.045	0.748
吲哚Indole	2.257	0.006	0.726
吲哚乳酸Indolelactic acid	1.731	0.039	0.560

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