实际生产中,高产奶牛常被饲喂高精料比例日粮以维持其产奶所需的能量供应,然而长期高精料日粮饲喂会诱导奶牛亚急性瘤胃酸中毒（SARA）的发生。同样,外源大肠杆菌感染诱发的乳房炎在实际生产中也会造成奶牛的系统性炎症反应。LPS是引起这些反应的主要致炎因子,主要诱导肝脏的急性期反应。然而伴随肝脏的炎症反应,脂代谢关键酶SCD1的下调也是重要的脂代谢紊乱信号。本文以饲喂高精料日粮诱发SARA的荷斯坦奶牛及外源乳腺接种Ecoli的奶牛模型进行试验,揭示了肝脏中引起的炎症反应及单不饱和脂肪酸合成限速酶SCD1下调的表观遗传调控机制,并以牛肝细胞为模型在体外验证了丁酸钠抑制LPS刺激细胞后产生的负面影响。1.短期高谷物日粮对荷斯坦奶牛和泽西奶牛的系统性肝脏炎症和代谢的影响长期高精料日粮饲喂通常会导致系统性炎症反应,例如急性期蛋白和其它生物标志物的改变,而这些改变通常发生在血浆和具免疫功能的组织器官中,如肝脏。然而,对于急性饲喂高谷物日粮所产生的系统性机体反应的研究还不清楚。因此,本试验采用六头荷斯坦奶牛和六头泽西奶牛作为试验对象,采取2×2拉丁方设计。试验周期为10天,分为四个阶段,阶段一（S1）为第一到三天,以基础日粮饲喂全混日粮,自由采食;阶段二（S2）为第四天,采取S1阶段时平均日摄入量的50%日粮饲喂,作为限喂阶段;阶段三（S3）为第五天,采取正常饲喂TMR的为对照组（CON）,而增加干物质摄入量（DMI）20%小麦和大麦颗粒料（1:1）的组为高谷物组（HIG）;阶段四（S4）第六到十天,作为日粮恢复期,正常饲喂TMR。在阶段三中所测得28个生化指标中,游离脂肪酸和胆红素在荷斯坦HIG组中有所升高,而泽西奶牛两组无变化。高谷物日粮饲喂荷斯坦奶牛同样增加了血浆中总蛋白和白蛋白,却降低了血浆铜蓝蛋白,髓过氧化物酶和碱性磷酸酶。分子水平上,肝脏炎症相关基因（IL1B,IL6,TNF,TLR4,MYD88和NFKB1）在荷斯坦的HIG组中表达高于CON。然而急性期蛋白SAA和HP在HIG中表达显著下调。荷斯坦奶牛中HIG组SCD,ELOVL6和MTTP显著下调,而CPT1A,ACOX1和APOA5显著上调,指示高谷物日粮导致脂肪酸和脂蛋白代谢的改变。与生酮相关的基因（HMGCS2和ACAT1）在泽西奶牛中显著上调,而在荷斯坦奶牛中生糖基因（PDK4和PCK1）表达上调,表明酮体和葡萄糖产生的改变。磷酸化p70S6K1,RPS6,和4EBP1,以及总mTOR的蛋白表达在荷斯坦HIG组中均较低,而磷酸化mTOR和4EBP1蛋白表达在泽西奶牛HIG组中有所增加。综合代谢与炎症的数据来开,结果表明泽西奶牛可以更好的适应急性的高谷物日粮改变。mTOR信号通路的改变表明谷物日粮的改变会影响肝脏对外源氨基酸的适应性。这种急性期日粮的改变是否会造成奶牛的长期肝脏功能紊乱进而负面影响奶牛的体况,仍有待进一步研究证明。2.长期高精料日粮饲喂诱导的奶牛瘤胃产生的LPS引起肝脏内SCD1表达下调以及脂肪酸组分的改变本章研究饲喂高精料日粮的奶牛瘤胃内源性脂多糖LPS对肝脏中SCD1表达和脂肪酸组成的影响。试验将8头多胎泌乳中期荷斯坦奶牛（455±28kg）随机分为两组,分别饲喂低精料日粮（LC）或高精料日粮（HC）18周,随后采样进行相关分析。结果显示,瘤胃内总挥发性脂肪酸和乳酸大量蓄积,导致HC组瘤胃pH值降低和脂多糖（LPS）升高。饲喂HC日粮的奶牛在瘤胃和肝静脉中的长链脂肪酸含量显著改变。血浆中的甘油三酯（TG）,非酯化脂肪酸（NEFA）和总胆固醇（TCH）含量显著降低,而血浆葡萄糖和胰岛素水平增加。在HC组中,SCD1在肝脏中的表达显著下调。在转录调节因子方面,固醇调节元件结合转录因子（SREBF1c,SREBF2）和SREBP裂解激活蛋白（SCAP）的表达下调,而过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARα）表达上调。这些数据表明瘤胃内源性脂多糖LPS的产生下调硬脂酰辅酶A去饱和酶1的表达并改变饲喂高精料日粮的奶牛肝脏中的脂肪酸组分含量。3.E.coli诱导的奶牛乳房炎通过减少SREBP1并增加C/EBP表达来下调肝脏及乳腺中SCD1的表达已知SCD1表达在脂肪形成过程中受到各种转录因子刺激,特别是SREBP1和C/EBPα和C/EBP-β。然而,在疾病相关的新陈代谢重编程过程中SCD1表达下调的机制尚不清楚。大肠杆菌引发的乳房炎就是这种疾病相关的一个病例,且该疾病被发现严重下调牛奶和乳脂合成,而且这部分是通过表观遗传机制介导的。我们在此分析了试验诱导奶牛大肠杆菌乳腺炎控制肝脏和乳腺中SCD1表达的机制。RT-qPCR验证了试验奶牛的肝脏和乳腺中SCD1基因表达降低,同时,SREBP1a表达水平降低但C/EBPα和-β表达水平升高。染色质重塑试验显示,SCD1表达在肝脏中的下调不是由SCD1启动子的染色质紧密压缩引起的。报告基因分析显示,在肝脏（HepG2）和乳腺上皮（MAC-T）细胞中,SREBP1a的过表达激活了 SCD1启动子,而C/EBPα和-β显著抑制SCD1启动子活性。从启动子DNA的三个C/EBP结合基序中突变两个后,显示C/EBPα在顺式中作用但C/EBPβ则以反式作用。在两种细胞中过表达截断缺乏其抑制性结构域的C/EBPα或β后证实了 C/EBPα的直接作用,但C/EBPβ对启动子没有直接作用。本试验没有发现任何证据表明SCD1启动子染色质压缩的表观遗传机制有助于下调感染状态下SCD1的表达。但是,本试验数据显示C/EBP因子可能在肝脏和乳腺中会抑制SCD1的表达,而不是如之前报道的在脂肪细胞中的激活作用。SREBP1a的激活作用表明,急性乳房炎期间肝脏和乳腺中SCD1表达降低与SREBP1a表达下调相关。4.奶牛长期饲喂高精料日粮引起的SCD1表达下调受表观遗传调控已知SCD1的表达在SARA状态下被下调,但其分子调控机制还不清楚。本研究将12头健康的处于泌乳中期的多胎荷斯坦奶牛利用日粮诱导SARA进行试验。六头奶牛饲喂高精料日粮18周（粗料40%,精料为60%;HC组）,另六头奶牛饲喂低精料日粮（40%精料,60%粗料;LC组）。持续较低的瘤胃pH值（pH 5.6保持4小时/天）和下降的产奶性能（产奶量比LC组奶牛低2.07千克/天）表明已在HC组中成功诱导SARA。结果表明,高精料饲喂显著降低肝静脉血浆中顺-9单不饱和长链脂肪酸含量,而门静脉中差异不显著。这与HC组奶牛肝脏中SCD1的mRNA和蛋白表达降低结果相一致。SARA状态下,与脂质形成相关的基因（DGAT1和PLIN2）表达水平下调,而分解代谢基因（CPT1A,CPT2和ACOX1）以及一些炎症基因表达水平显著上调。SCD1的表达通过转录因子固醇调节元件结合蛋白1（SREBP1c）的表达丰度下调而下调。该效应是通过局部染色质收缩和SREBP1c与SCD1启动子结合位点处DNA甲基化来实现的。染色质免疫沉淀分析证明SARA状态下SREBP1c在SCD1启动子上的结合率显著降低。因此,表观遗传机制通过下调SCD1和SREBP1c在肝脏中的表达,进而调节长链脂肪酸并修饰相关基因的表达。研究结果表明,除了炎症基因外,SCD1也参与SARA诱导的表观遗传调控及其相关的代谢变化。该发现可为干预SARA引起的有害代谢结果提供靶点。5.奶牛肝细胞中添加丁酸钠可抑制LPS诱导的炎症反应以及调节脂代谢酶的表达研究证明丁酸钠可有效减轻奶山羊中LPS诱导的炎症反应并维持机体代谢平衡。本章研究目的是探究丁酸钠预处理奶牛原代肝细胞是否会阻碍LPS诱导的炎症反应并调节脂代谢相关酶的表达。肝细胞是从泌乳期大约在160天的健康荷斯坦奶牛肝脏组织中分离并培养的。试验中,分别添加0或0.5 mmol/L的丁酸钠于细胞培养基中培养18小时,未添加丁酸钠的细胞随后接受4μg/mL的LPS处理6小时（LPS组）。预处理丁酸钠的细胞随后同样以4μg/mL的LPS处理（LSB）,同样设置一组仅接受丁酸钠处理的细胞作为SB组。LPS处理的肝细胞中培养液中,TNF-α和白介素-6分泌量显著升高,而预处理丁酸钠的细胞中两者分泌量明显减少。磷酸化p65,磷酸化IκBα蛋白表达量以及入核的磷酸化p65在LSB组中显著低于LPS组。与脂肪酸合成相关的基因（SREBF1,SCD1和DGAT1）和蛋白（SREBP1和SCD1）在单纯LPS处理的细胞中被显著下调。但是,LSB组中这些基因和细胞的表达相比LPS组中有所降低。磷酸化AMPKα和AMPKα以及磷酸化ACCα和ACCα的比值在LSB组中也高于LPS组。预处理丁酸钠的细胞同样降低了被LPS提升的组蛋白去乙酰化酶的表达。本研究结果证明,丁酸钠预处理奶牛肝细胞可以抑制LPS诱导的炎症反应,并伴随脂肪酸合成的增加,以及脂肪酸氧化和组蛋白H3去乙酰化的降低,从而减轻由LPS刺激所带来的负面影响。