Einfluss von phytogenen Futterkomponenten auf ausgewählte Parameter der Stressantwort und des Lipidstoffwechsels in der Leber beim Ferkel

Abstract

Vorangegangene Studien haben gezeigt, dass polyphenolhaltige Futterkomponenten, Traubentrester und Hopfentreber, die Futterverwertung abgesetzter Ferkel verbessern und im Dünndarm antiinflammatorische Effekte erzielen. In der vorliegenden Arbeit wurde neben den beiden polyphenolhaltigen Futterzusätzen ein weiteres Präparat mit ätherischen Ölen getestet. Überprüft wurde die Hypothese, dass phytogene Futterkomponenten den Intermediärstoffwechsel in der Leber positiv modulieren. Augenmerk lag auf stressresponsiven Signalwegen, antioxidativen Parametern und dem Lipidstoffwechsel. Seit dem 1. Januar 2006 ist der Einsatz von Antibiotika als Wachstumsförderer in Futtermitteln in der Europäischen Union verboten. Vor diesem Hintergrund ist es äußerst relevant, mögliche Alternativen zu finden, um die Leistungsdaten und die Tiergesundheit zu optimieren. Der erste Ferkelversuch wurde mit 48 fünf Wochen alten Ferkeln der Kreuzungsrasse Piétrain x (deutsche Landrasse x deutsches Edelschwein) über vier Wochen durchgeführt. Die Kontrollgruppe erhielt die Futtergrundmischung ohne weitere Zusätze. Die Behandlungsgruppen bekamen die Futtergrundmischung mit dem Zusatz von 1% Hopfentreber oder 1% Traubentrester im Austausch gegen Weizen. Beim zweiten Ferkelversuch wurden 96 Ferkel der Kreuzungsrasse Piétrain x (deutsche Landrasse x deutsches Edelschwein) verwendet. Die Analysen wurden aus labortechnischen Gründen von 71 Tieren durchgeführt. Die Behandlungsgruppe erhielt ab ihrem sechsten Lebenstag ein Saugferkelbeifutter, dem 0,015% des Präparats mit ätherischen Ölen beigemischt wurde. Nach dem Absetzen mit 21 Lebenstagen wurde das Präparat in der gleichen Konzentration als Bestandteil des Ferkelaufzuchtfutters weiterverwendet. Die Kontrollgruppe wurde lediglich mit der Futtergrundmischung versorgt. Die Probenentnahme erfolgte zu vier verschiedenen Zeitpunkten, nämlich am Tag des Absetzens sowie drei, sieben und 21 Tage danach. Die Verifizierung der stressresponsiven Signalwege wurde bei beiden Versuchen in der Leber durchgeführt. Untersucht wurden auf Transkriptions- und Proteinebene die Signalwege des proinflammatorischen Transkriptionsfaktors nuclear factor-kappa B (NF-kB), sein zytoprotektiver Gegenspieler nuclear factor E2-related factor (Nrf2) und die unfolded protein response (UPR), die infolge von ER-Stress auftritt. Die polyphenolhaltigen Futterkomponenten beeinflussten diese Signalwege in der Leber nicht. Rund ein Drittel der UPR-Zielgene wurden durch die verwendeten ätherischen Öle gehemmt. Bei den Ferkeln des ersten Versuches wurde der antioxidative Status in Leber und Plasma erhoben. Die TBARS (thiobarbituric acid reactive substances), TEAC (trolox equivalent antioxidant capacity) und Tocopherol- sowie Retinolgehalte zeigten keine Unterschiede zwischen den Behandlungsgruppen Traubentrester und Hopfentreber und der Kontrollgruppe. Des Weiteren blieben die Triglyceridkonzentrationen in Leber und Plasma durch Traubentrester und Hopfentreber unbeeinflusst. Ein Effekt wurde hier wiederrum durch den Einsatz der ätherischen Öle hervorgerufen. Am Tag des Absetzens zeigten die Tiere, die das Präparat mit den ätherischen Ölen erhalten hatten, signifikant geringere TG-Werte in Plasma und Leber als die Kontrollgruppe. Da bereits beschrieben ist, dass ER-Stress die Lipogenese fördert und der ER-Stress sowie die TG-Werte durch die ätherischen Öle in den Ferkeln beeinflusst wurden, wurde der hepatische Lipidstoffwechsel bei diesem Versuch intensiver betrachtet. Expressionsanalysen von Zielgenen der Fettsäuresynthese lieferten kein Ergebnis bezüglich einer Beeinflussung durch ätherische Öle. Bei den peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARalpha)- und Carnitinstoffwechselzielgenen wurde ein der Erwartungshaltung kontrastiertes Ergebnis erzielt. Aufgrund der verminderten TG-Werte am Absetztag bestand die Annahme, PPARalpha könne zu diesem Zeitpunkt bei den Tieren der Behandlungsgruppe eine höhere Aktivität besitzen als bei den Kontrolltieren. Interessanterweise wurde bei rund einem Drittel der analysierten Zielgene jedoch eine verminderte Expressionsaktivität festgestellt. Der Einsatz der ätherischen Öle verringerte die relativen mRNA-Konzentrationen dieser PPARalpha-Zielgene. Die Ursache dieses Effekts konnte im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht geklärt werden. Hierfür sind genauere Kenntnisse über die komplexen Wechselwirkungen zahlreicher Signalwege und deren Interaktion mit phytogenen Futterkomponenten notwendig. Insgesamt betrachtet wurde die aufgestellte Hypothese, dass phytogene Futterkomponenten den Intermediärstoffwechsel in Bezug auf das Entzündungsgeschehen, das antioxidative und zytoprotektive System, Stress im endoplasmatischen Retikulum und den Fettstoffwechsel in der Leber gesunder Ferkel positiv modulieren, nicht bestätigt. Recent studies have shown that supplementation of plant products rich in polyphenols, particularly a grape seed and grape marc meal extract (GME) as well as spent hops (SH), improve the feed conversion of weaned piglets and exert antiinflammatory effects in the small intestine. Furthermore, a third feed supplement rich in essential oils was used in this work. It is hypothesized that phytogenic feed additives modulate the hepatic intermediate metabolism in a positive way. The focus was on stressresponsive signaling pathways, the antioxidative system and fat metabolism. In January 2006 the European Union implemented a full ban on in-feed antibiotics using in livestock diets as growth promoters. Viewed in this context, it is highly relevant to find alternative ways to improve performance data and animal health. In the first experiment 48 crossbreed piglets were fed either with the supplement of 1% grape seed and grape marc meal extract, 1% spent hops for four weeks, or the nutritionally adequate diet only (control group). For the second experiment 96 crossbreed piglets were used. For reasons of laboratory research capacities, the analyses were carried out of 71 animals. The treatment group received supplementary food with 0,015% of the product containing essential oils starting on their sixth day of life. After weaning on day 21, the treatment product was still used in the same concentration. The control group was fed with the nutritionally adequate diet only. The samples were collected at four different dates: at the day of weaning as well as three, seven, and 21 days afterwards.Stress responsive signaling pathways were verified in both experiments on transcriptional and protein level. This was done by analyzing the signaling pathways of the proinflammatory transcription factor nuclear factor-kappa B (NF-kB), its cytoprotective counterpart nuclear factor E2-related factor (Nrf2), and the unfolded protein response (UPR), which occurs after ER stress. The polyphenolic compounds did not influence these pathways in the liver. ER stress was reduced marginally by the essential oils. From the piglets of the first experiment the antioxidative status in liver and plasma was examined. Concentrations of thiobarbituric acid-reactive substances, tocopherols and retinol, as well as the total antioxidant capacity in liver and plasma did not differ between the control and the treatment groups. Furthermore, the content of triacylglycerols (TAG) in liver and plasma was unaffected by GME or SH in contrast to essential oils. On the day of weaning, piglets fed essential oils had significantly lower TAG-concentrations in liver and plasma as compared to the control group. ER stress improves the hepatic lipogenesis. Due to the previous results relating to ER stress and TAG concentrations, the lipid metabolism of these piglets was observed intensely. Expression analysis of several target genes involved in fatty acid synthesis showed no difference between the treatment and the control group. In case of the peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARalpha)- and carnitine metabolism target genes, the measured effect did not fit to remaining results. Due to low TAG-concentrations on the first date, the expectation was an improved PPARalpha activity in the liver of piglets fed with essential oils. Surprinsingly, the relative mRNA concentrations of, about one third of the measured PPARalpha target genes had even decreased. The reason for this effect could not be explained within this work. To do so, deeper knowledge of the complex interrelationship between numerous pathways and their interaction with phytogenic feed supplements would have been necessary.Overall, the hypothesis that phytogenic feed additives positively modulates the hepatic intermediate metabolism linked to inflammation, the antioxidant and cytoprotective system, stress of the endoplasmic reticulum and the lipid metabolism in healthy piglets was not confirmed.