Ursachen von Stress des endoplasmatischen Retikulums und dessen Bedeutung bei der Entstehung von Fettleber und Ketose während der Frühlaktation der Milchkuh
Bei hochleistenden Milchkühen sind Fettleber und Ketose bedeutende Stoffwechselerkrankungen, die sowohl das Tierwohl beeinträchtigen als auch ein ökonomisches Problem darstellen. Die biochemischen Ursachen dieser Erkrankungen sind bislang noch nicht vollständig geklärt. Der Organismus der Milchkuh unterliegt in der peripatalen Phase einer Reihe von Stoffwechselanpassungen, die mit dem Auftreten einer negativen Energiebilanz (NEB) postpartum einhergehen. Obwohl die NEB ein Phänomen ist, das nahezu alle hochleistenden Milchkühe in der Frühlaktation betrifft, entwickeln jedoch nur bestimmte Tiere eine Erkrankung. Bei frühlaktierenden Milchkühen wurde das Auftreten von Stress des endoplasmatischen Retikulums (ER-Stress) beobachtet. ER-Stress könnte ein Faktor sein, der einen Einfluss auf die individuelle Anpassungskapazität der Leber der Tiere hat und somit in Verbindung mit dem Auftreten von Fettleber und Ketose steht. Daher sollte die vorliegende Arbeit nähere Erkenntnisse zu den Ursachen des Auftretens von ER-Stress bei frühlaktierenden Milchkühen liefern und einen möglichen Zusammenhang zum hepatischen Lipidstoffwechsel untersuchen.In den Versuch wurden 50 hochleistende Holstein-Kühen einbezogen. Plasma und Leberbioptate der Tiere wurden in Woche 2 antepartum sowie in den Wochen 1, 4 und 7 postpartum entnommen. Die hepatischen mRNA-Expressionen von ausgewählten Genen relevanter Stoffwechselwege wurden mittels quantitativer Polymerasekettenreaktion bestimmt. Im Plasma wurden u. a. Parameter des oxidativen Stresses, Proteine ausgewählter Stoffwechselwege sowie die Konzentration an freien Fettsäuren, Triglyceriden (TG) und 3-Hydroxybutansäure (BHBA) analysiert. Über den Versuchszeitraum hinweg wurden außerdem die Futteraufnahme sowie die Milchleistung aufgezeichnet. Nach der Abkalbung konnte das Auftreten einer NEB beobachtet werden. In Woche 1 postpartum kam es zu einem deutlichen Anstieg der Konzentration an freien Fettsäuren und BHBA im Plasma, während die hepatische Konzentration an Triglyceriden und Cholesterol ebenfalls signifikant erhöht war. Des Weiteren wiesen die Daten der vorliegenden Studie auf das Vorliegen eines hepatischen Entzündungszustandes und ein erhöhtes Level an oxidativem Stress postpartum hin. Das Auftreten von ER-Stress war bei den untersuchten Tieren insgesamt nur gering ausgeprägt.Durch Korrelationsanalysen und den Vergleich der Tiere mit hohem, mittlerem und niedrigem ER-Stress-Level konnten dennoch Zusammenhänge zwischen ER-Stress und einem hepatischen Entzündungsprozess sowie der Induktion des Fibroblast-growth-factor 21 (FGF21) beobachtet werden. Die Konzentration an freien Fettsäuren im Plasma sowie Parameter des oxidativen Stresses oder des Calciumstoffwechsel zeigten keinen oder nur einen geringen Einfluss auf ER-Stress.Nach der Abkalbung kam es zu einem starken signifikanten Anstieg der hepatischen FGF21-mRNA-Konzentration (Faktor 16). Die Daten der vorliegenden Studie deuten darauf hin, dass FGF21 bei frühlaktierenden Milchkühen eine Rolle bei der Anpassung an Stress spielen könnte.Eine erhöhte hepatische Konzentration an Triglyceriden (TG) trat in der vorliegenden Studie überwiegend gemeinsam mit einer erhöhten Konzentrationen an BHBA im Plasma auf. Beiden Stoffwechselauffälligkeiten lag eine stark ausgeprägte negative Energiebilanz sowie eine erhöhte Konzentration an freien Fettsäuren im Plasma zugrunde. Die erhobenen Daten wiesen auf einen Zusammenhang zwischen ER-Stress und dem hepatischen Lipidstoffwechsel hin. Somit ist es wahrscheinlich, dass das Auftreten von ER-Stress in der Frühlaktation mit der Entstehung von Fettleber assoziiert ist.Ein Einfluss von ER-Stress oder der Expression des Stresshormons FGF21 auf die Milchleistung konnte nicht beobachtet werden. Eine höhere Milchleistung war jedoch invers mit Parametern der Inflammation sowie positiv mit der Konzentration an Vitaminen sowie der Calcium-Konzentration im Plasma korreliert. Des Weiteren deuten die Ergebnisse der vorliegenden Studie darauf hin, dass der Calciumgehalt im Plasma, der eine wichtige Rolle bei der Milchbildung spielt, durch Inflammation und Lipopolysaccharide negativ beeinflusst wird, während die Phosphat-Konzentration bei Entzündung anstieg.Insgesamt konnten in dieser Arbeit nähere Erkenntnisse zu den Stoffwechselvorgängen, insbesondere der Rolle von ER-Stress und der Induktion des Stresshormons FGF21, bei frühlaktierenden Milchkühen gewonnen werden. Es wurde gezeigt, dass ER-Stress im Zusammenhang mit einer erhöhten hepatischen Triglyceridkonzentration steht und somit eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Stoffwechselerkrankungen wie Fettleber und Ketose spielen könnte. Eine Reduktion des ER-Stresses oder auch der mit ER-Stress im Zusammenhang stehenden hepatischen Inflammation in der Frühlaktation könnte ein wichtiger Ansatz zur Reduktion von Stoffwechselerkrankungen und der Verbesserung des Tierwohls sein.
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