包被钴胺素通过增强瘤胃丙酸生成、抗氧化能力及肝脏丝裂原活化蛋白激酶信号缓解泌乳期荷斯坦奶牛热应激

《Journal of Animal Science and Biotechnology》：Coated cobalamin alleviates heat stress in lactating Holstein cows by enhancing ruminal propionate production, antioxidant capacity, and hepatic mitogen-activated protein kinase signaling

　　

背景：热应激通过损害营养分配与诱发氧化应激降低奶牛生产性能与代谢健康。钴胺素（cobalamin，维生素B12）是甲基丙二酰辅酶A变位酶（methylmalonyl-CoA mutase）的必需辅因子，该酶调控瘤胃丙酸生成与肝脏糖异生，但热应激下钴胺素调控肝脏转录响应的分子机制尚不清楚。目的：评估包被钴胺素（coated cobalamin，CCA）对热应激荷斯坦奶牛泌乳性能、养分消化率、瘤胃发酵、血液代谢物及肝脏转录组的影响。方法：40头荷斯坦奶牛（2.25±0.07胎次；105±10.4 DIM；41.5±6.83 kg/d产奶量）随机区组分为对照（CON，无CCA）与CCA组（6 g/d，提供12 mg钴胺素），试验64 d，平均温湿指数（temperature-humidity index，THI）77.1±2.49。结果：CCA组呼吸率低于CON组；采食量无差异，但脂肪校正乳（fat-corrected milk，FCM）、乳蛋白产量及饲料效率提高；瘤胃总挥发性脂肪酸（volatile fatty acid，VFA）与丙酸比例升高，乙酸/丙酸降低；有机物与中性洗涤纤维表观消化率升高；血浆谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）、总抗氧化能力（total antioxidant capacity，T-AOC）及钴胺素升高，肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）与白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）降低。肝脏转录组显示丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）、吞噬体（phagosome）及过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）信号通路，以及JUN、FOS、GADD45G基因家族是CCA调控热应激奶牛肝脏代谢的关键节点。结论：CCA添加缓解热应激，提升泌乳性能、瘤胃丙酸生成与抗氧化状态；肝脏MAPK信号通路介导了CCA在热应激奶牛中的代谢获益，支持CCA作为缓解热应激的实用营养策略，并为靶向营养素经肝脏转录调控全身代谢提供机制依据。

研究背景与立项依据

全球气候变化加剧了奶牛热应激（THI>77）的频率与严重程度，热应激通过营养重定向至体温调节与免疫激活、活性氧过度产生诱发氧化应激，导致干物质采食量（dry matter intake，DMI）下降、能量校正乳减少，约50%产奶量下降归因于营养重分配。泌乳奶牛85%–90%葡萄糖来自肝脏糖异生，约80%瘤胃丙酸被肝脏用于糖合成；热应激下磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（phosphoenolpyruvate carboxykinase）mRNA表达下降20%，限制葡萄糖供应。钴胺素作为甲基丙二酰辅酶A变位酶辅因子参与瘤胃丙酸与肝脏糖异生，并在一碳循环中介导蛋氨酸、谷胱甘肽与牛磺酸合成，但约80%饲喂钴胺素被瘤胃微生物降解为无机钴，故采用低瘤胃降解率（24.84%）的包被钴胺素（CCA）。既往研究证实CCA提升产奶量与丙酸比例，但热应激下肝脏转录响应及“瘤胃丙酸—肝脏信号”互作机制未明，因此研究人员开展本研究。

主要技术方法概述

研究人员于2025年5–8月在山西忻州银山湖奶牛场选用40头中期泌乳荷斯坦奶牛（n=20/组），设CON与CCA（6 g/d）两处理，14 d适应后采样50 d；THI由每日三次温湿度计算。生理指标测直肠温与呼吸率；生产性能记DMI、产奶量及乳成分（红外光谱）；消化率用酸不溶灰分（acid-insoluble ash，AIA）内标法测表观全消化道消化率；瘤胃发酵用口胃管采液测pH与VFA（气相色谱）；血浆代谢物用比色与ELISA测糖、GSH-Px、T-AOC、TNF-α、IL-1β、钴胺素等；肝脏转录组在d50经皮穿刺取肝组织（n=5/组），Illumina NovaSeq 6000测序，HISAT2比对ARS-UCD1.2基因组，StringTie定量FPKM，DESeq2筛差异基因（|FC|≥1.5，adj P<0.05），clusterProfiler做KEGG富集。

研究结果

生理指标与泌乳性能：直肠温无差异（P=0.221），CCA组呼吸率降低（34.8 vs 41.8次/min，P<0.001），处理×时间交互显著（P=0.007）；产奶量+4.43%（44.8 vs 42.9 kg/d，P=0.020），FCM+5.10%（P=0.036），乳蛋白产量+5.30%（P=0.019），奶/DMI+5.77%（P=0.030），FCM/DMI+5.45%（P=0.036），采食量无差异。

瘤胃发酵与养分消化率：pH无差异，总VFA升高（163 vs 156 mmol/L，P=0.029），丙酸浓度与摩尔比升高、乙酸/丙酸降低（2.49 vs 2.70，P=0.022）；有机物消化率74.9% vs 72.8%（P=0.021），中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）消化率53.8% vs 50.0%（P=0.009），DM消化率无差异。

血液代谢物：葡萄糖、胰岛素、NEFA、BHB、IL-6无差异；GSH-Px+7.65%（P=0.014），T-AOC+18.1%（P=0.011），TNF-α-16.0%（P=0.016），IL-1β-7.42%（P=0.025），血浆钴胺素+13.6%（P=0.021）。

肝脏转录组：127个差异基因（55上调、72下调），FOS（log₂FC=4.64）、EGR1（3.87）、MT1A（2.70）、GADD45G（2.01）上调，TMEM45A、AKR1B10下调。KEGG富集22条通路，前五位含MAPK、PPAR、破骨细胞分化、凋亡、吞噬体；MAPK通路9个差异基因中8上调（JUN、GADD45A/B/G、FOS、EFNA5、DUSP1/2）1下调（PAK1）；枢纽基因为JUN、FOS、GADD45A/B/G、PAK1。吞噬体通路TMEM236上调，BOLA-DRB2、CD209、FCGR2A、MRC2下调；PPAR通路CPT1C、FABP5、PLIN4、PLTP、PPARG下调。

讨论部分总结

研究人员指出呼吸率自d10持续低于CON，与CCA累积提升丙酸及抗氧化能力有关；瘤胃内24.8%钴胺素释放即足以作为甲基丙二酰辅酶A变位酶辅因子推高丙酸，连带提升OM与NDF消化率。血浆钴胺素升高印证肠段70.5%释放与吸收；血糖未变但乳糖产量数值升高，说明葡萄糖向乳腺分流增强，NEFA与BHB不变证伪脂解恶化。抗氧化（GSH-Px、T-AOC升）与抗炎（TNF-α、IL-1β降）源于一碳循环促谷胱甘肽合成，减少免疫细胞耗糖。肝脏中JNK分支GADD45家族→JUN/FOS→DUSP1/2负反馈构成平衡激活的MAPK模式，与Laranjeira等报道的B₁₂经SAM依赖组蛋白甲基化促MAPK一致；凋亡通路BIRC5下调伴GADD45/JUN/FOS上调提示增殖-死亡稳态未破；吞噬体受体（CD209、FCGR2A、MRC2、BOLA-DRB2）下调呼应全身炎症下降；PPAR下游FABP5/PPARG/PLIN4/CPT1C/PLTP下调意味肝脂滞留减少、脂肪酸向乳腺分配。整体机制链为“CCA→瘤胃丙酸↑→肝脏MAPK平衡激活+抗炎抗氧化↑→乳腺营养重分配→产奶与效率↑”。研究局限为肝转录组n=5、单夏季、缺非包被B₁₂对照，建议后续用蛋白水平验证并跨年跨点重复。

结论翻译

热应激下荷斯坦奶牛日粮添加6 g/d CCA可降低呼吸率、提高产奶量与饲料效率。其生产获益源于多组织协同：CCA提升总VFA并推动发酵模式向丙酸偏移；循环中抗氧化能力（GSH-Px、T-AOC）升高而促炎细胞因子（TNF-α、IL-1β）降低；肝脏层面诱导以JUN、FOS、GADD45G家族介导MAPK信号平衡激活、抑制吞噬体通路、下调PPAR信号的转录重编程。该整合生理响应减轻热应激代谢负担、提高养分利用效率并支持乳合成增强。研究支持CCA作为缓解奶牛热应激的实用营养策略，并为靶向营养素经肝脏转录调控全身代谢提供机制基础。论文发表于《Journal of Animal Science and Biotechnology》。