Importance of supplying dairy cows with essential fatty acids (EFA) and conjugated linoleic acids (CLA) during the transition period on metabolism and health
L'apport d'acides gras essentiels (AGE) et d'acides linoléiques conjugués (ALC) aux vaches laitières pendant la période de transition module le métabolisme et la santé
Abstract
Ketogenesis and steatosis are common sequelae of the severe mobilization of fat reserves necessary at the onset of lactation when the energy expenditures for milk and maintenance exceed the energy provided by voluntary feed intake in dairy cows. This situation along with a common state of systemic inflammation during early lactation makes dairy cow vulnerable to further metabolic and infectious diseases which impact their profitability. A periparturient supplementation with essential fatty acids (EFA) and conjugated linoleic acids (CLA) has been shown to influence different aspects of lipid and energy metabolisms as well as markers of immune homeostasis in dairy cows. This study aimed at investigating the synergistic effects of EFA, particularly a-linolenic acid (ALA, n-3 fatty acid (FA), and CLA on the liver and plasma proteome profile of dairy cows during the time spanning 3 weeks before to 9 weeks after parturition.
Late-gestation Holstein cows were infused from 9 wk ante partum (AP) to 9 wk post partum (PP) into the abomasum with either coconut oil (CTRL, n = 8, 38 & 76 g/d during dry period and lactation, respectively) or a mixture of EFA (Linseed + safflower oil) and CLA (Lutalin, BASF) (EFA+CLA, n = 8, 60 and 120 g/d during dry period and lactation, respectively). An untargeted shotgun proteomics approach based on liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry was performed in liver biopsies and plasma samples collected at days -21, +1, +28, and +63 relative to calving. At each timepoint, differentially abundant proteins (DAP) between treatment groups were identified as the proteins at the intersection between a multivariate supervised Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA) and an univariate analysis (proteins with P-value <0.05 according to a t-test and fold change = 1.3).
In liver a total of 1680 proteins was identified at each timepoint, of which 100 DAP between groups were assigned to the metabolism of xenobiotics by cytochrome P450, drug metabolism - cytochrome P450, drug metabolism - other enzymes, arachidonic acid metabolism, cholesterol metabolism and bile secretion, pyruvate metabolism, steroid hormone biosynthesis, glycolysis/gluconeogenesis, glutathione metabolism, and citrate cycle at all timepoints. At each timepoint, cytochrome P450, as a central hub to these annotated pathways, was related to specific CYP enzymes comprising CYP51A1, CYP1A1, CYP4F2, and CYP4V2. A total of 241 unique proteins was identified in the serum, in which a cluster of apolipoproteins (APO) containing APOC3, APOA1, APOA4, and APOC4 was increased in response to EFA+CLA according to the stage of lactation. Overabundant APO were annotated by GO (gene ontology) terms related to triglyceride (TAG) homeostasis, cholesterol and lipoprotein metabolisms, inflammation, and innate immune response.
Altogether, these findings provided novel insights into the molecular mechanisms involved in cytochrome P450, cholesterol, and TAG metabolism by which dietary supplemented EFA+CLA influences metabolic and immune adaptation around parturition. Our results suggest that EFA+CLA could synergistically attenuate hepatic TAG accumulation and marginally mitigate inflammation. Nevertheless, further research is necessary to confirm our results at the other (metabolome) levels.
La cétogenèse et la stéatose sont des complications métaboliques courantes liées à la mobilisation importante des réserves de graisse en début de la lactation, lorsque les dépenses énergétiques dépassent l'énergie ingérées. Cette situation, associée à un état commun d'inflammation systémique au début de la lactation, rend les vaches laitières vulnérables à d'autres maladies métaboliques et infectieuses ce qui impacte la rentabilité et la longévité. Il a été démontré qu'une supplémentation en acides gras essentiels (AGE) et en acides linoléiques conjugués (ALC) apporté autour du vêlage influençe différents aspects des métabolismes lipidique et énergétique ainsi que des marqueurs de l'homéostasie immunitaire chez les vaches laitières. Cette étude visait à examiner les effets synergiques des AGE, en particulier de l'acide a-linolénique (ALA, acide gras n-3), et de l'ALC sur le protéome du foie et du plasma des vaches laitières pendant la période allant de 3 semaines avant à 9 semaines après la mise bas.
Des vaches Holstein en fin de gestation ont été perfusées de 9 semaines ante partum (AP) à 9 semaines post partum (PP) avec de l'huile de coco (CTRL, n = 8, 38 & 76 g/j pendant la période sèche et la lactation, respectivement) ou un mélange d'AGE (huile de lin + huile de carthame) et d'ALC (Lutalin, BASF) (AGE+ALC, n = 8, 60 et 120 g/j pendant la période sèche et la lactation, respectivement).
Une approche protéomique non ciblée basée sur la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem a été réalisée sur des biopsies de foie et des échantillons de plasma prélevés aux jours -21, +1, +28 et +63 par rapport au vêlage. À chaque point dans le temps, les protéines différentiellement abondantes (DAP) entre les groupes de traitement ont été identifiées comme les protéines à l'intersection entre une analyse supervisée mulltivariée (PLS-DA) et une analyse univariée (protéines avec une valeur P <0,05 selon un test t et un changement de pli = 1,3).
Dans le foie, un total de 1680 protéines a été identifié à chaque point temporel, dont 100 DAP entre les groupes ont été annotées comme des protéines dumétabolisme des xénobiotiques par le cytochrome P450, au métabolisme de l'acide arachidonique, au métabolisme du cholestérol et à la sécrétion biliaire, au métabolisme du pyruvate, à la biosynthèse des hormones stéroïdiennes, à la glycolyse/gluconéogenèse, au métabolisme du glutathion et au cycle du citrate à tous les points temporels. À chaque point dans le temps, les protéines relative au cytochrome P450, ont été identifiées, notamment CYP51A1, CYP1A1, CYP4F2 et CYP4V2. Un total de 241 protéines uniques a été identifié dans le sérum, dans lequel un groupe d'apolipoprotéines (APO) contenant APOC3, APOA1, APOA4 et APOC4 a augmenté en réponse à l'AGE+ACL en fonction du stade de lactation. Les APO surabondantes ont été annotées par des termes GO (gene ontology) liés à l'homéostasie des triglycérides (TAG), au métabolisme du cholestérol et des lipoprotéines, à l'inflammation et à la réponse immunitaire innée.
Dans l'ensemble, ces résultats ont fourni de nouvelles informations sur les mécanismes moléculaires impliqués dans le cytochrome P450, le cholestérol et le métabolisme des TAG par lesquels un supplément alimentaire d'AGE+ACL influence l'adaptation métabolique et immunitaire autour de la parturition. Nos résultats suggèrent que l'AGE+ALC pourrait atténuer de manière synergique l'accumulation hépatique de TAG et réduire marginalement l'inflammation. Néanmoins, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour confirmer nos résultats à d'autres niveaux (métabolome).
