□张博 耿阳 敖英男 蔡文韬 齐智利
乳腺炎是奶牛最常见也是危害最大的疾病之一，每年都会造成巨额的经济损失。随着抗生素的限制使用，寻找新的治疗药物已刻不容缓。本文综述了氨基酸、维生素、益生菌以及植物提取物等饲料添加剂对缓解奶牛乳腺炎及其分子机制的研究进展，为生产实践中奶牛乳腺炎的营养干预提供科学参考。
奶牛乳腺炎及添加剂的营养干预
随着经济迅速发展和人们生活水平的不断提高，乳制品的需求量也在不断增加，直接推动了奶牛业的发展。然而，随着奶牛养殖量的增多，奶牛乳腺炎的患病率也在逐渐增加。奶牛乳腺炎（Bovine mastitis）是由于物理损伤、化学刺激或病原微生物感染引起的乳房组织炎症。每年由奶牛乳腺炎造成的经济损失高达350亿美元，因此对奶牛乳腺炎进行预防和治疗至关重要。
目前，抗生素仍然是治疗奶牛乳腺炎的首选方法，但使用抗生素会对土壤及水环境质量产生不利影响，且其药物残留以及耐药性增加等问题也会对乳制品安全造成影响，进而威胁人类健康。近年来已有越来越多的学者对抗生素的替代物进行了研究，并证实了几种添加剂（氨基酸、维生素、益生菌和植物提取物等）在分子层面对奶牛乳腺炎具有良好的缓解作用，且有望投入到实际生产中。
氨基酸及肽类对奶牛乳腺炎的
营养干预及缓解机制
氨基酸是构成多肽和蛋白质的基本单位，同时也是动物机体不可或缺的营养物质。氨基酸和多肽可以参与多种生物学作用，如提供能量、信息传递和代谢等。最近越来越多的证据表明，许多氨基酸和多肽对机体炎症反应具有积极影响。
蛋氨酸（Met）是许多动物（禽类、鱼类和奶牛等）的第一限制性氨基酸。最近有研究显示，在奶牛围产期时增加蛋氨酸供应量可以缓解其炎症反应和氧化应激水平。这同时也佐证了另外一项研究的结果：蛋氨酸可以通过抑制NF-κB通路以及减少促炎因子丰度来改善奶牛乳腺上皮细胞的炎症和氧化应激反应。蛋氨酸二肽又叫甲酰甲硫蛋氨酸（Met-Met），是一种人工合成的功能性二肽，目前已有许多研究表明其对奶牛泌乳性能具有一定影响，例如蛋氨酸二肽能通过激活JAK2-STAT5通路来抑制NF-κB以及MAPK信号通路，从而缓解由LPS诱导的奶牛乳腺上皮细胞（BMEC）炎症反应，Lan等的研究结果也证实了这一结论。
精氨酸（Arg）是半必需氨基酸，同时也是一种功能性氨基酸，在免疫和抗炎方面具有关键作用。Dasgupta等的研究显示，增加精氨酸的摄入量可以提高GSH的浓度，进而减轻小鼠的氧化应激反应。有试验表明，精氨酸可以对LPS产生的炎症反应起到缓解作用，例如有研究证明精氨酸能增强LPS诱导的BMEC细胞中β-酪蛋白的表达量，并通过抑制NF-κB信号通路缓解BMEC细胞的炎症反应，这与Dai等的研究结果大致相同，同时也为Zhao等的研究结果提供了证据，即精氨酸可以改善哺乳期奶牛的生产性能并减轻炎症反应。
亮氨酸和异亮氨酸是动物机体的必需氨基酸，与缬氨酸一起统称为支链氨基酸（BCAA）。有研究显示，BCAA浓度可以对氧化应激的相应指标产生影响，并在泌乳奶牛的血清代谢物中得以体现。同时也有试验证明，补充亮氨酸可以增强免疫和抗氧化能力，对早期断奶湖羊的健康有积极作用。Wu等的研究表明，亮氨酸可以调节丙酸代谢以缓解BMEC细胞经H2O2诱导产生的氧化应激反应，同时异亮氨酸能对过氧化物酶体的转运进行调节，促进乙酰辅酶A的产生，进而缓解BMEC细胞的氧化损伤。
牛磺酸具有很多生物学功能，也是一种强抗氧化剂。有研究表明，牛磺酸具有提高抗氧化水平、缓解细胞凋亡、抗炎等功效。基于上述研究，Bai等经过试验发现，牛磺酸可以提高奶牛乳腺上皮细胞的抗氧化和抗凋亡能力，从而缓解细胞的热损伤。这表明因热应激引发乳腺炎的奶牛，或许可以用牛磺酸进行治疗。
综上所述，氨基酸及肽类可以有效对奶牛乳腺上皮细胞炎症进行缓解。虽然目前还仅局限于细胞层面，但也为将来的动物试验奠定了一定理论基础。
维生素对奶牛乳腺炎的
营养干预及缓解机制
维生素是动物机体不可或缺的微量有机物质，参与调节多种生理功能，对机体的新陈代谢和健康至关重要。维生素种类繁多，且发挥的生物学功能也多种多样。目前已有大量研究显示，多种维生素对奶牛乳腺炎的治疗起到积极作用。
维生素A具有保护上皮细胞完整性、阻止外源病原体侵入的功能。Jin等经过研究发现，维生素A可以增加奶牛的抗氧化能力。还有证据表明，维生素A能通过对Nrf2和NF-κB通路进行调节，从而缓解奶牛乳腺上皮细胞因NO诱导而造成的氧化应激。
维生素D主要包括D2和D3两种形式，且维生素D3可以保护上皮细胞屏障、减少外源细菌感染。有研究显示，将维生素D注射到乳腺中，能减少金黄色葡萄球菌数量，对奶牛乳腺炎进行治疗。在上述结论的基础上，Yue等通过对维生素D2进行研究后发现，维生素D2抑制金黄色葡萄球菌对细胞感染的能力与维生素D3具有相似作用，且维生素D2及其代谢物也具有治疗奶牛乳腺炎的能力。
维生素E是一种抗氧化剂，早有研究表明维生素E可以提高奶牛的生产性能，还可以降低奶牛乳腺炎的发病率。有证据表明，补充维生素E可以降低奶牛围产期乳腺炎的发病率。矿物质元素硒也是一种抗氧化剂，且与维生素E具有协同作用。Wang等的研究证明，硒能对TLR2、NF-κB和MAPK信号通路进行抑制，进而缓解金黄色葡萄球菌诱导的BMEC细胞炎症。因此有理由认为，将维生素E与硒共同使用也许能加强对奶牛乳腺炎的治疗效果。
烟酸（维生素B3）是辅酶NAD和NADP的前体，在机体代谢中的电子转移过程发挥关键作用。烟酸还是一种重要的饲料添加剂，目前已广泛用于奶牛的营养调控。在Guo等的试验中，有证据表明烟酸可以提高奶牛乳腺的免疫水平，并降低牛奶和血清中的炎症因子（IL-6、TNF-α和IL-1β）水平。此外，烟酸还可以调节GPR109A/AMPK/NRF-2信号通路以缓解奶牛乳腺炎。
综上所述，维生素的种类不同，其对奶牛乳腺炎的调控机制也不相同。目前关于维生素对奶牛乳腺炎影响的相关研究还比较有限，再加上维生素缺乏或者过量都会引发疾病等原因，目前还不能推广使用。因此需要对维生素的饲喂时间、饲喂剂量及其作用机制进行深入研究，才能真正投入生产。
益生菌对奶牛乳腺炎的
营养干预及缓解机制
益生菌主要包括乳酸菌类、芽孢杆菌类和酵母菌类，是一类对机体有益的、能调节动物肠道微生物稳态的活性微生物。有研究表明，益生菌具有抵抗外源微生物感染和增强免疫力的能力，且发挥效用的部位主要集中在胃肠道、阴道和乳腺。目前，益生菌因其安全性和多功能性等特点，被视作抗生素的有效替代物，已经成为饲料添加剂中的关注热点，并已大量投入到实际生产当中。
益生菌添加剂有单一益生菌添加剂和复合益生菌添加剂两种，且二者对奶牛乳腺炎都具有明显的治疗效果。Gao等对酵母菌和乳酸菌对奶牛乳腺炎和奶牛微生物群组成的影响进行了分析，结果表明乳酸菌和酵母菌均可以对奶牛乳腺炎进行治疗，且乳酸菌的效果更好。Klostermann等比较了乳酸菌DPC3147与抗生素对牛慢性乳腺炎的治疗效果，结果表明，乳酸菌DPC3147对奶牛乳腺炎的治疗效果在某些情况下与抗生素相当。
张岩等对患有隐性乳腺炎的奶牛饲喂了用地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母菌和嗜酸乳杆菌等按比例混合后制成的复合益生菌添加剂，以此来检测其对奶牛乳腺炎及生产性能的影响。结果显示，复合益生菌添加剂可以有效杀死致病菌、治疗奶牛乳腺炎，还可以提高奶产量。Pellegrino等将乳酸菌CRL1655和乳杆菌CRL1724进行混合后对干奶期的奶牛进行了注射，并观察其在奶牛体内的作用情况。结果显示，被注射奶牛血液和乳汁中的金黄色葡萄球菌丰度有下降趋势，且免疫球蛋白增加，这说明该复合益生菌添加剂能对干奶期奶牛进行免疫调节并预防乳腺炎的发生。
益生菌能改善动物胃肠道微生物平衡，还能增强机体免疫力并阻止外源病原体感染，近年来已成为许多领域的研究热点。有越来越多的证据表明，益生菌代替抗生素已成为可能。然而目前对益生菌的菌种、用量以及不同菌种之间搭配的研究尚不完善，相信在深入研究后，益生菌能真正成为治疗奶牛乳腺炎的中流砥柱药物。
植物提取物对奶牛乳腺炎的
营养干预及缓解机制
植物提取物是指通过适当的溶剂或方法，对植物进行提取或加工后所得到的物质。植物提取物中含有大量的酚类、酸类、生物碱和黄酮类等生物活性物质，具有杀菌及抗炎等功能，且副作用小，是一类天然的“绿色”药物，有望在将来成为抗生素的替代药物。我国植物提取物的主要来源是中草药，所以国内的植物提取物也可以被称为中草药提取物。
白藜芦醇是从葡萄、松树中提取的多酚化合物，具有抗氧化和抗炎等生物学功能。有研究发现，白藜芦醇能通过对NF-κB通路进行调控，从而抑制LPS诱导的牛乳腺上皮细胞中TNF-α、IL-6和IL-β的分泌，因此可以认为白藜芦醇对奶牛乳腺炎的治疗具有积极影响。青蒿是一种用于治疗疟疾、黄疸和发烧的传统中药，其提取物具有抗菌和抗炎等作用。Song等经过研究发现，青蒿提取物能抑制NF-κB信号通路以及CD36蛋白的表达，从而对LPS诱导的BMEC细胞炎症进行缓解，保护细胞间的紧密连接。
蒲公英在我国作为中草药有着悠久的历史，其主要的生物活性包括抗炎和抗氧化等，且已经被多项研究证实。Sun等用脂多糖诱导BMEC细胞产生氧化应激，并用蒲公英提取物（DAE）进行治疗后发现，蒲公英提取物能激活Nrf2通路、促进抗氧化基因表达，从而提高BMEC细胞的抗氧化能力。番茄红素（LYC）是一种类胡萝卜素，存在于西红柿、杏和西瓜中。其生物学功能包括抗炎、抗氧化和抗凋亡等。Sun等用番茄红素处理了被H2O2诱导的牛乳腺上皮细胞后发现，番茄红素可以激活NFE2L2信号通路、减少ROS生成，从而保护BMEC细胞并治疗其氧化损伤。姜黄素（CUR）是从姜科和天星科等植物的根茎中提取的二酮类化合物，目前有证据表明其具有抗炎和抗氧化等功能。有研究发现，姜黄素能通过激活NFE2L2途径保护牛乳腺上皮细胞免受LPS诱导的氧化应激损伤，并减轻炎症反应，而Li等的研究同样也证实了这一观点。
茶多酚（TP）是茶叶中多酚类物质的总称，具有抗炎、抗癌和抗氧化等生物学功能。有研究发现，茶多酚能降低牛乳腺上皮细胞TNF-α、IL-6和IL-β的表达量，并抑制NF-κB信号通路，从而治疗LPS诱导的BMEC细胞炎症。同时，Ma等的研究结果显示，茶多酚能通过减少ROS产生、抑制caspase/Bax凋亡通路并激活ERK1/2-NFE2L2-HMOX1信号通路以治疗H2O2诱导的牛乳腺上皮细胞氧化应激、炎症和凋亡，该作者的另一项研究也证实了这一结论。除了上述植物提取物之外，还有很多提取物也对BMEC细胞的抗炎有着积极作用，例如大豆异黄酮、石榴皮提取物以及茶树油等。
目前已有许多植物提取物被证实具有抗炎、抗氧化等生物学功能，且无毒无害，对牛乳腺上皮细胞炎症具有显著的治疗效果。虽然上述研究还属于分子层面，但有理由认为植物提取物可作为治疗奶牛乳腺炎的潜在药物。
（作者单位：华中农业大学动物科学技术学院）