Untersuchungen zu Wirkungen von konjugierten Linolsäuren (CLA) auf Fleischqualitätsparameter und den hepatischen Lipidstoffwechsel beim Rind und zu Veränderungen im hepatischen Lipidstoffwechsel der Milchkuh beim Übergang von der Trächtigkeit in die Laktation

Abstract

Die orale Verabreichung konjugierter Linolsäuren (CLA) führt bei verschiedenen Spezies einerseits zu verbesserten Mastleistungen und gesteigerter Fleischqualität andererseits bei laktierenden Tieren zur Milchfettdepression. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunächst ein Versuch mit weiblichen Mastrindern durchgeführt, um Auswirkungen der Fütterung pansengeschützter CLA in der Anfangsmast auf Leistung und Fleischqualität zu untersuchen. Leistungsparameter der Jungrinder sowie Parameter der Schlachtkörperqualität und der Fleischqualität unterlagen keinem Einfluss durch die CLA-Fütterung. Es wurde erstmals gezeigt, dass der alpha-Tocopherolgehalt im Muskelgewebe beim Jungrind durch die CLA-Fütterung erhöht wird. Es wurde ein zweiter Versuch durchgeführt, in dem die Auswirkungen der Fütterung pansengeschützter CLA auf den hepatischen Lipidstoffwechsel bei der Milchkuh untersucht wurden. Da die Verfütterung des trans-10,cis-12 CLA-Isomers bei Mäusen zur massiven Leberverfettung führt, wurde die Hypothese aufgestellt, dass es auch bei der Milchkuh zur Beeinträchtigung des hepatischen Lipidstoffwechsels durch CLA kommen kann. Als Versuchstiere standen 40 Milchkühe im Zeitraum von 3 Wochen vor der Abkalbung bis 14 Wochen nach der Abkalbung zur Verfügung. In dem Versuch wurden Leistungsdaten, gesundheitsrelevante Stoffwechselparameter wie nicht-veresterte Fettsäuren und ß-Hydroxybutyrat im Blutplasma, Triacylglycerid- und Cholesteringehalt im Blutplasma sowie Lebergewebe und die Expression zahlreicher Gene des hepatischen Lipidstoffwechsels in der Hochlaktation anhand einer Microarray-Analyse im Lebergewebe untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die CLA-Fütterung keine negativen Auswirkungen auf den hepatischen Lipidstoffwechsel der Milchkuh im ersten Laktationsdrittel hat. Die Gehalte der gesundheitsrelevanten Stoffwechselparameter in Blutplasma und Lebergewebe sowie die Expression von Genen des Fettsäure-, Triglycerid-, Cholesterol-, Carnitin- und Lipoproteinstoffwechsels sowie der Ketogenese im Lebergewebe wurden nicht negativ beeinflusst.In der Transitphase der Milchkuh erfolgen bekanntermaßen zahlreiche Anpassungsvorgänge im Stoffwechsel, unter anderem wird die Leber stark beansprucht, die meisten Tiere geraten in der Frühlaktation in ein starkes Energiedefizit. In zwei weiteren Studien wurden verschiedene Veränderungen im hepatischen Lipidstoffwechsel von Milchkühen mithilfe von Microarray-Analysen sowie quantitativen real-time PCR-Messungen beschrieben. L-Carnitin hat bedeutende Funktion im hepatischen Lipidstoffwechsel, indem es u.a. den Transport aktivierter Fettsäuren zur Oxidation in die Mitochondrien ermöglicht. Die Expression der Gene der Carnitinsynthese und des Carnitintransports wird durch den Peroxisomenproliferator-aktivierten Rezeptor alpha (PPARalpha) reguliert. Es wurde in der dritten Studie nachgewiesen, dass die Expression verschiedener Zielgene des PPARalpha bei der Milchkuh in der Frühlaktation im Vergleich zur Trächtigkeit hochreguliert wird, was auf die Aktivierung des PPARalpha hindeutet. Ebenso hochreguliert wird die Expression der Gene der Carnitinsynthese und des Carnitintransports, einhergehend mit erhöhten Carnitinkonzentrationen im Lebergewebe und in der Milch zu Laktationsbeginn. Es kommt also zur Steigerung der Carnitinsynthese und des Carnitintransports in der Frühlaktation der Milchkuh infolge der Aktivierung des PPARalpha. Des Weiteren konnte in der vierten Studie die gesteigerte Expression des Fibroblasten-Wachstumsfaktors 21 (FGF21) in der Leber der Milchkuh zu Laktationsbeginn im Vergleich zur Trächtigkeit nachgewiesen werden. Der FGF21 reguliert insbesondere im Fastenzustand die Lipidhomöostase und wird ebenfalls durch PPARalpha reguliert. Seine Aktivierung stimuliert die Ketogenese, die Fettsäureoxidation, den Citratzyklus und die Glukoneogenese. Anhand der Microarray-Analyse wurde damit übereinstimmend die Hochregulation verschiedener Gene der Ketogenese, der Fettsäureoxidation und der Glukoneogenese zu Laktationsbeginn nachgewiesen. Die Berechnung von Korrelationen deutet auf Zusammenhänge zwischen der Expression des FGF21 und der Ketogenese bzw. dem Carnitinmetabolismus hin. Diese Studien konnten erstmals zeigen, dass die Expression der Gene des Carnitinstoffwechsels sowie des FGF21 im Lebergewebe der Milchkuh zu Laktationsbeginn gesteigert ist, und tragen somit zum besseren Verständnis des hepatischen Lipidstoffwechsels in der Transitphase der Milchkuh bei. Oral administration of conjugated linoleic acids (CLA) to different species leads to better performance in fattening and to enhanced meat quality on the one hand and to a milk fat depression in lactating animals on the other hand. At first, we conducted a study using heifers to investigate effects of rumen-protected CLA supplementation in the early fattening period on performance and meat quality parameters. Performance parameters as well as carcass and meat quality were not affected by CLA feeding. For the first time, we demonstrated that CLA feeding raises alpha-tocopherol content in muscle tissue of the young cows. A second study was conducted to evaluate the effects of feeding rumen-protected CLA on hepatic lipid metabolism in dairy cows. Since feeding of the trans-10,cis-12 CLA isomer to mice leads to severe liver steatosis, we hypothesized that CLA feeding could have detrimental effects on hepatic lipid metabolism in dairy cows. 40 dairy cows during the period from 3 weeks before calving to 14 weeks after calving were involved in the study. Perfomance parameters, health-related metabolic parameters like non-esterified fatty acids and ß-hydroxybutyrate in plasma, triacylglyceride and cholesterol content of plasma and liver tissue as well as the expression of many genes of hepatic lipid metabolism during peak lactation measured by microarray analysis were examined. Results show that CLA feeding does not have negative effects on the hepatic lipid metabolism of dairy cows during the first third of lactation. Health-related metabolic parameters in plasma and liver tissue as well as expression of genes of fatty acid, triacylglyceride, cholesterol, carnitine and lipoprotein metabolism and ketogenesis in liver tissue were not negatively influenced.The transition period of dairy cows comprises many metabolic adaptations, especially regarding the liver, most animals suffer an energy deficiency in early lactation. Two further studies investigated various changes in lipid metabolism of dairy cows using microarray technology and quantitative real-time PCR analysis. L-carnitine is important for lipid metabolism especially by enabling transport of activated fatty acids into the mitochondria where oxidation takes places. The expression of genes of carnitine synthesis and transport is regulated by peroxisome proliferator-activated receptor (PPARalpha). The third study demonstrated up-regulation of the expression of several PPARalpha target genes in the liver of the dairy cows in early lactation compared to gestation, indicating an activation of PPARalpha. Likewise, the hepatic expression of genes of carnitine synthesis and uptake was upregulated in early lactation associated with elevated carnitine concentrations in liver tissue and milk in the first weeks of lactation. Thus, due to activation of PPARalpha there was an increased carnitine synthesis and carnitine transport in early lactation. Furthermore, the fourth study proved the increased expression of fibroblast growth factor 21 (FGF21) in the liver of dairy cows in early lactation compared to late gestation. FGF21 regulates lipid homeostasis particularly in fasting and is regulated by PPARalpha as well. Its activation stimulates ketogenesis, fatty acid oxidation, the citrate cycle and gluconeogenesis. Based on the microarray analysis there was a consistent up-regulation of different genes of ketogenesis, fatty acid oxidation and gluconeogenesis at the beginning of lactation. Calculating correlations indicated a relationship between expression of FGF21 and ketogenesis and carnitine metabolism, respectively. Those studies could show for the first time that the expression of genes of carnitine metabolism as well as FGF21 in the liver of dairy cows is enhanced in early lactation and contribute to a better understanding of hepatic lipid metabolism of transition dairy cows.