N-carbamylglutamate phục hồi tổng hợp nitric oxide và làm giảm tăng huyết áp phổi do độ cao ở bò cái Holstein được đưa lên độ cao

Springer Science and Business Media LLC - Tập 9 - Trang 1-8 - 2018
Shuxiang Wang1, Arash Azarfar2, Yajing Wang1, Zhijun Cao1, Shengli Li1
1State Key Laboratory of Animal Nutrition, Beijing Engineering Technology Research Center of Raw Milk Quality and Safety Control, College of Animal Science and Technology, China Agricultural University, Beijing, People’s Republic of China
2Faculty of Agriculture, Department of Animal Science, Lorestan University, Khorramabad, Iran

Tóm tắt

Tăng huyết áp phổi do độ cao (HAPH) là một tình trạng đe dọa tính mạng đối với động vật ở độ cao, và sự rối loạn tổng hợp nitric oxide (NO) nội mô góp phần vào bệnh sinh của nó. N-carbamylglutamate (NCG), chất làm tăng tổng hợp arginine, thúc đẩy tổng hợp NO từ nội thể. Trong nghiên cứu này, chúng tôi xác định tác động của NCG trong việc giảm thiểu HAPH ở bò cái Holstein được đưa lên Tây Tạng (Lhasa, 3.658 m). Trong Thí nghiệm 1, 2.000 bò cái Holstein được vận chuyển từ độ cao thấp (1.027 m) đến Lhasa. Sau khi tiếp xúc với tình trạng thiếu oxy trong 1 năm, bò cái Holstein được chia thành nhóm khỏe mạnh (Nhóm kiểm soát, n = 6) có áp lực động mạch phổi trung bình (mPAP) < 41 mmHg và nhóm bị ảnh hưởng bởi HAPH (n = 6) có mPAP > 49 mmHg. Mô phổi được thu thập để đánh giá các thay đổi mô bệnh học và sự biểu hiện của nitric oxide synthase nội mô (eNOS). Trong Thí nghiệm 2, mười bò cái khỏe mạnh và 10 bò cái bị ảnh hưởng bởi HAPH được bổ sung NCG (20 g/ngày mỗi bò cái) trong 4 tuần. Các thông số sinh lý được xác định và mẫu máu được thu thập vào ngày -1 và ngày 28 của thí nghiệm dinh dưỡng. Sự biểu hiện của eNOS trong lớp nội mạc động mạch phổi nhỏ cao hơn ở nhóm khỏe mạnh so với nhóm HAPH (P = 0.006), trong khi nhóm HAPH có lớp giữa và lớp vỏ ngoài dày hơn đáng kể so với nhóm khỏe mạnh (tất cả P < 0.05). mRNA của eNOS và mức độ protein của eNOS cao hơn ở phổi của bò cái trong nhóm khỏe mạnh so với nhóm HAPH (cả hai P < 0.001), trong khi nồng độ protein endothelin-1 cao hơn trong nhóm HAPH so với nhóm khỏe mạnh (P = 0.025). Bổ sung NCG làm giảm mPAP và amoniac (cả hai P = 0.001), trong khi nó làm tăng sự biểu hiện của eNOS, arginine và NO trong huyết tương (tất cả P < 0.05). Sự biểu hiện của eNOS giảm xuống ở bò cái Holstein mắc HAPH. Bổ sung NCG làm giảm mPAP thông qua việc phục hồi eNOS và tổng hợp NO nội bào.

Từ khóa

#tăng huyết áp phổi do độ cao #N-carbamylglutamate #nitric oxide #bò cái Holstein #sức khỏe động vật #Tây Tạng

Tài liệu tham khảo

Holt TN, Callan RJ. Pulmonary arterial pressure testing for high mountain disease in cattle. Vet Clin North Am Food Anim Pract. 2007;23:575–96. Glover GH, Newsom IE. Brisket disease: dropsy of high altitudes. Colo Agric Exp Station. 1914; Rhodes J. Comparative physiology of hypoxic pulmonary hypertension: historical clues from brisket disease. J Appl Physiol. 2005;98:1092–100. Newman JH, Holt TN, Cogan JD, Womack B, Phillips JA, Li C, et al. Increased prevalence of EPAS1 variant in cattle with high-altitude pulmonary hypertension. Nat Commun. 2015;6:6863. Heinonen I, Luotolahti M, Vuolteenaho O, Nikinmaa M, Saraste A, Hartiala J, et al. Circulating N-terminal brain natriuretic peptide and cardiac function in response to acute systemic hypoxia in healthy humans. J Transl Med. 2014;12:189. Gulick A, Garry F, Holt T, Retallick-Trennepohl K, Enns R, Thomas M, Neary J. Angus calves born and raised at high altitude adapt to hypobaric hypoxia by increasing alveolar ventilation rate but not hematocrit. J Anim Sci. 2016;94:4167–71. Malherbe CR, Marquard J, Legg DE, Cammack KM, O’Toole D. Right ventricular hypertrophy with heart failure in Holstein heifers at elevation of 1,600 meters. J Vet Diagn Investig. 2012;24:867–77. Neary MT, Neary JM, Lund GK, Holt TN, Garry FB, Mohun TJ, et al. Myosin heavy chain 15 is associated with bovine pulmonary arterial pressure. Pulm Circ. 2014;4:496–503. Fagan KA, Morrissey B, Fouty BW, Sato K, Harral JW, Morris KG, et al. Upregulation of nitric oxide synthase in mice with severe hypoxia-induced pulmonary hypertension. Respir Res. 2001;2:1. Tonelli AR, Haserodt S, Aytekin M, Dweik RA. Nitric oxide deficiency in pulmonary hypertension: pathobiology and implications for therapy. Pulm Circ. 2013;3:20–30. Steudel W, Scherrer-Crosbie M, Bloch KD, Weimann J, Huang PL, Jones RC, et al. Sustained pulmonary hypertension and right ventricular hypertrophy after chronic hypoxia in mice with congenital deficiency of nitric oxide synthase 3. J Clin Invest. 1998;101:2468–77. Ishizaki T, Koizumi T, Ruan Z, Wang Z, Chen Q, Sakai A. Nitric oxide inhibitor altitude-dependently elevates pulmonary arterial pressure in high-altitude adapted yaks. Resp Physiol Neurobiol. 2005;146:225–30. Erzurum SC, Ghosh S, Janocha AJ, Xu W, Bauer S, Bryan NS, et al. Higher blood flow and circulating NO products offset high-altitude hypoxia among Tibetans. Proc Natl Acad Sci U S A. 2007;104:17593–8. Giaid A, Saleh D. Reduced expression of endothelial nitric oxide synthase in the lungs of patients with pulmonary hypertension. N Engl J Med. 1995;333:214–21. Scherrer U, Vollenweider L, Delabays A, Savcic M, Eichenberger U, Kleger GR, et al. Inhaled nitric oxide for high-altitude pulmonary edema. N Engl J Med. 1996;334:624–9. Omura A, Roy R, Jennings T. Inhaled nitric oxide improves survival in the rat model of high-altitude pulmonary edema. Wilderness Environ Med. 2000;11:251–6. Coggins MP, Bloch KD. Nitric oxide in the pulmonary vasculature. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2007;27:1877–85. Marletta MA. Nitric-oxide synthase structure and mechanism. J Biol Chem. 1993;268:12231–4. Khajali F, Tahmasebi M, Hassanpour H, Akbari MR, Qujeq D, Wideman RF. Effects of supplementation of canola meal-based diets with arginine on performance, plasma nitric oxide, and carcass characteristics of broiler chickens grown at high altitude. Poult Sci. 2011;90:2287–94. Gessler P, Buchal P, Schwenk HU, Wermuth B. Favourable long-term outcome after immediate treatment of neonatal hyperammonemia due to N-acetylglutamate synthase deficiency. Eur J Pediatr. 2010;169:197–9. Wu X, Ruan Z, Gao Y, Yin Y, Zhou X, Wang L, et al. Dietary supplementation with l-arginine or N-carbamylglutamate enhances intestinal growth and heat shock protein-70 expression in weanling pigs fed a corn- and soybean meal-based diet. Amino Acids. 2010;39:831–9. Wu X, Yin Y, Liu Y, Liu X, Liu Z, Li T, et al. Effect of dietary arginine and N-carbamoylglutamate supplementation on reproduction and gene expression of eNOS, VEGFA and PlGF1 in placenta in late pregnancy of sows. Animl Reprod Sci. 2012;132:187–92. Chacher B, Zhu W, Ye JA, Wang DM, Liu JX. Effect of dietary N-carbamoylglutamate on milk production and nitrogen utilization in high-yielding dairy cows. J Dairy Sci. 2014;97:2338–45. Ou Z-J, Wei W, Huang D-D, Luo W, Luo D, Wang Z-P, et al. L-arginine restores endothelial nitric oxide synthase-coupled activity and attenuates monocrotaline-induced pulmonary artery hypertension in rats. Am J Physiol-Endoc M. 2010;298:E1131–9. Kurtz TW, Griffin KA, Bidani AK, Davisson RL, Hall JE. Recommendations for blood pressure measurement in humans and experimental animals part 2: blood pressure measurement in experimental animals. A statement for professionals from the Subcommittee of Professional and Public Education of the American Heart Association Council on high blood pressure research. Hypertension. 2005;25:e22–33. Ootaki C, Yamashita M, Ootaki Y, Kamohara K, Weber S, Klatte RS, Emancipator SN, Golding LA, Fukamachi K. Reduced pulsatility induces periarteritis in kidney: role of the local renin-angiotensin system. J Thorac Cardiovasc Surg 2008;, et al. 136:150–158. Xu XF, Gu WZ, Wu XL, Li RY, Du LZ. Fetal pulmonary vascular remodeling in a rat model induced by hypoxia and indomethacin. J Matern Fetal Neonatal Med. 2011;24:172–82. Zhao S, Gao YY, Xia XJ, Che YY, Wang YP, Liu HT, et al. TGF-beta 1 promotes Staphylococcus aureus adhesion to and invasion into bovine mammary fibroblasts via the ERK pathway. Microb Pathog. 2017;106:25–9. Pires PR, Santos NP, Adona PR, Natori MM, Schwarz KR, de Bem TH, et al. Endothelial and inducible nitric oxide synthases in oocytes of cattle. Anim Reprod Sci. 2009;116:233–43. Korzekwa AJ, Bodek G, Bukowska J, Blitek A, Skarzynski DJ. Characterization of bovine immortalized luteal endothelial cells: action of cytokines on production and content of arachidonic acid metabolites. Reprod Biol Endocrinol. 2011;9:27. AOAC. Official methods of analysis. 15th edition ed. Washington, DC: Association of Official Analytical Chemists; 1990. Van Soest PJ, Robertson JB, Lewis BA. Methods for dietary fiber, neutral detergent fiber, and nonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition. J Dairy Sci. 1991;74:3583–97. Budhiraja R, Tuder RM, Hassoun PM. Endothelial dysfunction in pulmonary hypertension. Circulation. 2004;109:159–65. Dinh-Xuan AT, Higenbottam TW, Clelland CA, Pepke-Zaba J, Cremona G, Butt AY, et al. Impairment of endothelium-dependent pulmonary-artery relaxation in chronic obstructive lung disease. N Engl J Med. 1991;324:1539–47. Dinh-Xuan A, Pepke-Zaba J, Butt A, Cremona G, Higenbottam T. Impairment of pulmonary-artery endothelium-dependent relaxation in chronic obstructive lung disease is not due to dysfunction of endothelial cell membrane receptors nor to L-arginine deficiency. Br J Pharmacol. 1993;109:587–91. Ignarro LJ, Buga GM, Wei LH, Bauer PM, Wu G, del Soldato P. Role of the arginine-nitric oxide pathway in the regulation of vascular smooth muscle cell proliferation. Proc Natl Acad Sci U S A. 2001;98:4202–8. Angel KL, Tyler JW. Pulmonary hypertension and cardiac insufficiency in three cows with primary lung disease. J Vet Intern Med. 1992;6:214–9. Zhou Z, de Beer VJ, de Wijs-Meijler D, Bender SB, Hoekstra M, Laughlin MH, et al. Pulmonary vasoconstrictor influence of endothelin in exercising swine depends critically on phosphodiesterase 5 activity. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2014; 306:442–452.