Experimentelle Untersuchungen zur Wirkung von Aktivatoren des Peroxisomenproliferator-aktivierten Rezeptor alpha auf das hepatische Genexpressionsprofil und die Zusammensetzung der Milch bei Sauen

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigte sich mit der Bedeutung des Peroxisomenproliferator-aktivierten Rezeptor alpha während der Laktation der Sau. Bei Ratten wurde beobachtet, dass es in der Laktation durch eine Herunterregulierung des PPARalpha; zu einer verminderten Fettsäureoxidation und Verringerung der Thermogenese kommt, um Energie und Substrate zur Milchproduktion einzusparen. Des Weiteren führten PPARalpha-Aktivatoren zu einer Störung dieser Adaptationsmechanismen, was in einem Einbruch der Milchfettsynthese und der Entwicklung der Nachkommen resultierte. Kürzlich wurden verschiedene Adaptationsmechanismen von Stoffwechselwegen der Sau während der Laktation beschrieben, welche zeigten, dass die bei der Ratte vorkommenden Adaptationsreaktionen bei der Sau nicht auftreten. Im Gegenteil kommt es in der Laktation bei der Sau zu einer Aktivierung des PPARalpha und Stimulation der abhängigen Stoffwechselwege. Ziel der vorliegenden Arbeit war es den Einfluss der Laktation auf den Triglycerid- und Cholesterinstoffwechsel und den muskulären Proteinabbau zu untersuchen. Darüber hinaus wurde jüngst gezeigt, dass es bei der Sau während der Laktation zu einer anpassungsbedingten Entzündungsreaktion in der Leber kommt. Auf Grund dessen sollte untersucht werden, ob durch die vorhandene Entzündung auch Veränderungen der Unfolded Protein Response auftreten. Des Weiteren war es Ziel der Studie durch synthetische (Clofibrat) oder nutritive (Fischöl) Agonisten des PPARalpha oder durch eine physiologische Situation, die zu einer PPARalpha-Aktivierung führt (Energierestriktion) zu untersuchen, ob die Anpassungsmechanismen des Stoffwechsels der Sau während der Laktation wie bei Ratten durch eine PPARalpha-Stimulation gestört werden und in einer Beeinträchtigung der Ferkelentwicklung resultiert. Zusätzlich wurde auch die Wirkungen der Behandlungen auf die anpassungsbedingten Entzündungsreaktion und zellulärer Anpassungsmechanismen (Nrf2, UPR) untersucht.Hierzu wurden zwei Versuche durchgeführt. Im ersten Versuch wurden 10 von 20 tragenden Sauen nach dem Abferkeln die Ferkel entzogen, die im Folgenden die Milchproduktion einstellten und als nicht-laktierende Kontrollgruppe dienten. Im zweiten Versuch erhielten Gruppen von je 10 laktierenden Sauen entweder ein Kontrollfutter (Kontrollgruppe), dasselbe Futter, das mit 50 g Fischöl (Fischölgruppe) oder 2 g Clofibrat (Clofibratgruppe) pro kg ergänzt wurde oder sie erhielten das Kontrollfutter, dass in seiner Menge reduziert wurde, sodass die Sauen nur 75 % ihres täglichen Energiebedarfs erhielten. Die Ergebnisse lieferten Hinweise darauf, dass sowohl der Triglycerid- und Cholesterinstoffwechsel in der Leber als auch der muskuläre Proteinabbau nicht durch die Laktation beeinflusst wurde und dass eine Stimulation der UPR während der Laktation vorliegt.Durch die verschiedenen Behandlungen mit der Intention einer PPARalpha-Aktivierung konnte nur Clofibrat in Leber und Muskulatur zu einer moderaten Stimulation des PPARalpha führen. Fischöl und Energierestriktion zeigten hierbei keine Effekte. Darüber hinaus legten die Genexpressionen nahe, dass durch Fischöl während der Laktation der muskuläre Proteinabbau angeregt, die Triglyceridsynthese in der Leber gehemmt und das Entzündungsgeschehen und die UPR abgeschwächt werden konnte. Die Ergebnisse der Behandlung mit Clofibrat deuten an, dass es durch diese Behandlung zu einer Stimulation des Carnitinstoffwechsels und der Cholesterinsynthese in der Leber und des muskulären Proteinabbau während der Laktation kam. Jedoch war ein antiinflammatorischer Effekt in Leber und Muskulatur nicht oder nur schwach zu beobachten. Genexpressionen der Zielgene der UPR legen sogar eine schwache Stimulation der antioxidativen Abwehr und der UPR in der Muskulatur nahe. Die Reduktion der täglichen Energiezufuhr schien zu einer Hemmung der Cholesterin-, Triglycerid- und Carnitinsynthese zu führen und den muskulären Proteinabbau zu stimulieren. Die Studie lieferte Hinweise darauf, dass durch Energierestriktion eine Abschwächung des Entzündungsgeschehens, der antioxidativen Abwehr und der UPR in der Leber erfolgte. In der Muskulatur konnte dieser Effekt nicht beobachtet werden. Die Milchzusammensetzung und die Ferkelentwicklung wurden in allen Behandlungsgruppen nicht negativ beeinflusst. Daher könnte Fischöl eingesetzt werden können, die Tiergesundheit laktierender Sauen zu verbessern, ohne die Wurfentwicklung zu beeinträchtigen. The present study dealt with the significance of the peroxisome proliferator-activated receptor alpha during lactation of the sow. In rats, it has been observed that during lactation down-regulation of PPARalpha lead to a decreased fatty acid oxidation and reduction of thermogenesis to save energy and substrates for milk production. Furthermore PPARalpha-activators led to a disruption of these adaptation mechanisms which resulted in a drop in milk fat synthesis and development of the offspring. Recently various adaptation mechanisms of metabolic pathways of the sow during lactation have been described which showed that adaptation reactions occurring in the rat do not occur in the sow. On the contrary occurs an activation of PPARalpha and stimulation of the dependent pathways during lactation in the sow. The aim of the present study was to investigate the influence of lactation on the triglyceride and cholesterol metabolism and muscle protein degradation. Moreover it was recently shown that during lactation of the sow occurs an adaptation-related inflammatory response in the liver. Because of this it should be investigated whether changes in the unfolded protein response are caused by the presence of inflammation. Furthermore it was the aim of the study to investigate by synthetic (clofibrate) or nutritional (fish oil) agonist of PPARalpha or by a physiological situation that leads to a PPARalpha activation (energy restriction) whether the adaptation mechanisms of metabolism of the sow during lactation are disturbed by PPARalpha-stimulation like in rats resulting in an impairment of the piglet development. In addition, the effects of the treatments on adaptation-related inflammatory response and cellular adjustment mechanisms (Nrf2, UPR) were examined.For this purpose two experiments were performed. In the first experiment piglets were removed from 10 of 20 pregnant sows after farrowing who stopped milk production in the following and served as non-lactating control group. In the second experiment groups of 10 lactating sows received either a basal diet (control group), or the same diet supplemented with 50 g of fish oil (fish oil group) or 2 g clofibrate (clofibrate group) per kg or received the basal diet that was reduced in quantity so that the sows received only 75% of their daily energy needs (energy restriction group). The results provide evidence that both the triglyceride and cholesterol metabolism as well as the muscular protein degradation were not affected by lactation and that a stimulation of the UPR is present during lactation.Due to the different treatments with the intention of a PPARalpha activation only clofibrate could result in a moderate stimulation of PPARalpha in liver and muscle. Fish oil and energy restriction showed no effects in this case. Moreover gene expressions suggested that during lactation fish oil stimulated muscular protein degradation, inhibited triglyceride synthesis and the inflammatory process and the UPR in the liver was attenuated. The results of the treatment with clofibrate suggest that by this treatment there was a stimulation of carnitine metabolism, cholesterol synthesis and degradation of muscle protein during lactation. However, an anti-inflammatory effect in the liver and muscles were not or only weakly observed. Gene expressions of the target genes of the UPR even suggest a weak stimulation of antioxidant defence and the UPR in the muscles. The reduction of daily energy intake seemed to lead to an inhibition of synthesis of cholesterol, triglycerides and carnitine and stimulate the muscle protein degradation. The study provided evidence that energy restriction attenuates inflammatory response, antioxidant defence and the UPR in the liver. In the muscle this effect was not observed.The milk composition and piglet development were not adversely affected in all treatment groups. Therefore fish oil could be used to improve animal health of lactating sows without compromising litter development.