Il lipopolisaccaride derivato dal tratto digestivo innesca una risposta infiammatoria nell’utero delle vacche a metà lattazione durante la SARA

Introduzione

Nutrire le vacche con una dieta ad alto concentrato (HC) per un periodo di tempo lungo può causare l’acidosi ruminale subacuta (SARA). È un disturbo digestivo con un pH inferiore a 5.6 che dura per più di 3 ore al giorno. I segni clinici generali di SARA comprendono una ridotta assunzione di sostanza secca (DMI), una diminuzione del pH ruminale e diarrea. Un altro risultato cruciale della SARA è il declino della quantità e della qualità del latte e studi precedenti hanno anche rivelato che la SARA riduce la produzione di proteine ​​del latte. Il consumo persistente di una dieta HC da parte degli animali da latte aumenta la produzione di acidi organici e determina in modo significativo un calo dei valori di pH del rumine e dell’intestino.  Questa diminuzione del pH a causa della dieta a concentrato eccessivamente alto, può provocare alterazioni del tipo di fermentazione e della struttura dei microbi nel rumine.  Inoltre, il calo del pH perturba anche l’equilibrio della popolazione microbica nel rumine causando un sostanziale rilascio di endotossina libera (lipopolisaccaride, LPS) dai batteri gram-negativi. A causa di possibili alterazioni della permeabilità e dell’interruzione della barriera gastrointestinale, LPS può essere trasferita nel flusso sanguigno. Ci sono anche altri rapporti che hanno rivelato che l’aumento della LPS circolante causa una risposta infiammatoria sistemica. Probabilmente, essendo un elemento di una risposta immunitaria a LPS, è stato riportato che la SARA aumenta la concentrazione di proteine ​​della fase acuta nel sangue periferico, come l’amiloide sierica A (SAA) e l’aptogloblina (Hp). L’ASA ha molte funzioni ma principalmente altera le risposte immunitarie innate, in particolare nella migrazione di neutrofili e monociti, mentre l’Hp ha effetti anti-infiammatori; la proteina legante LPS (LBP) è attivata da infezioni microbiche e facilita la neutralizzazione di LPS e nel triggering il rilascio di citochine pro-infiammatorie, come TNF-α, IL-6 e IL-1β. Il sistema immunitario innato è la prima linea di difesa contro i patogeni invasori; coinvolge vari tipi di molecole secrete e transmembrana, riconosciute come recettori di riconoscimento di pattern (PRR). Recettori Toll simili, come TLR4, che si uniscono al complesso LPS-LBP, si trovano sulle superfici esterne di una varietà di cellule e contribuiscono al rilevamento di patogeni microbici negli endosomi intracellulari e nei lisosomi.  TLR4 riconosce LPS con l’aiuto del LBP e del cluster dell’antigene di differenziazione 14 (CD14).  LPS attiva il fattore di differenziazione mieloide 88 (MyD88) dopo l’adesione con TLR4 sulla superficie della cellula ospite. MyD88 attiva il fattore 6 associato al recettore del TNF (TRAF6), che stimola il complesso della chinasi IκB (IκK) e il NF-κB fosforilato viene conseguentemente traslocato dal citoplasma al nucleo. La via di cascata NF-κB-dipendente regola la produzione di citochine pro-infiammatorie, tra cui interleuchina (IL) -1β, TNF-α, IL-6, chemochine (IL-8) e altri mediatori dell’infiammazione. Gli obiettivi principali di questo studio erano di valutare la risposta infiammatoria nell’utero della vacca e di esplorare il meccanismo molecolare innescato da SARA dovuta ad alimentazione con elevate quantità di concentrati indotta in vacche da latte a metà lattazione.

Abstract

Gli obiettivi del presente studio erano di valutare la risposta infiammatoria nell’utero della vacca e di esplorare il meccanismo molecolare innescato dall’acidosi acuta subacuta (SARA) dovuta ad alimentazione con elevata quantità di concentrato indotta nelle vacche da latte a metà lattazione. Dodici vacche Holstein di media lattazione con un peso medio di 455 kg sono state allocate in due gruppi sottoposti a due diete per 18 settimane; ovvero  un gruppo a basso contenuto di concentrato (LC) contenente 6:4 (NDF: NFC) che un gruppo ad alto concentrato (HC) contenente 4:6 (carboidrati non da foraggi, NFC): (fibra neutro detersa, NDF) rapporto basato sulla sostanza secca.

Il gruppo HC mostrava un pH ruminale più basso e concentrazioni più elevate di lipopolisaccaridi (LPS) sia nel rumine che nel plasma periferico rispetto al gruppo LC. Le concentrazioni di LPS nel liquido ruminale e nel plasma periferico sono risultate significativamente aumentate nel gruppo HC rispetto al gruppo LC. Le concentrazioni di IL-1β, TNF-α e IL-6 erano significativamente più elevate nel gruppo HC rispetto al gruppo LC. L’utero delle vacche con SARA ha rivelato elevate concentrazioni di mRNA di fattori di trascrizione nucleare e citochine pro-infiammatorie, che hanno confermato la presenza di infiammazione. L’incidenza dell’infiammazione uterina è stata ulteriormente convalidata dall’aumentata espressione proteica di NF-κB-p65 e dalla sua variante fosforilata attiva nell’utero delle vacche SARA. Allo stesso modo, i geni infiammatori TLR4, LBP, MyD88, TRAF-6, NF-KB, IL-6, IL-8, TNF-α e IL-1β erano significativamente sovraregolati nell’utero dell’HC rispetto al gruppo LC.

Pertanto, i risultati hanno indicato che l’LPS derivato dal rumine ha innescato i geni associati con l’infiammazione nell’utero di vacche da latte a metà lattazione alimentate con una dieta ad alto concentrato, causando endometrite.

Parole chiave: lipopolisaccaride, acidosi ruminale subacuta, vacca, LBP, espressione genica per l’immunità

 

LIPOPOLYSACCHARIDE DERIVED FROM THE DIGESTIVE TRACT TRIGGERS AN INFLAMMATORY RESPONSE IN THE UTERUS OF MID-LACTATING DAIRY COWS DURING SARA

Muhammad Shahid Bilal†, Juma Ahamed Abaker†, Zain ul Aabdin, Tianle Xu, Hongyu Dai, Kai Zhang, Xinxin Liu and Xiangzhen Shen*

* Correspondence: xzshen@njau.edu.cn

†Equal contributors

College of Veterinary Medicine, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, People’s Republic of China

BMC Veterinary Research (2016) 12:284

DOI: 10.1186/s12917-016-0907-1