Metabolic responses of adipose tissue in the periparturient dairy cow

Milchkühe befinden sich in der Zeit um die Kalbung in einer angespannten Stoffwechsellage. Mit dem Laktationsbeginn steigt der Energiebedarf enorm an, was die Mobilisierung der Energiespeicher, hauptsächlich Fettreserven nach sich zieht. Dieser Vorgang umfasst unerlässlich eine umfangreiche Adaptation der Fettdepots, welche als wichtigste Stellen der Energiespeicherung dienen. Gleichzeitig mit der Kalbung muss nämlich der Stoffwechsel in den Fettgeweben von Anabolismus, was vor der Kalbung maßgebend ist, auf Katabolismus umgeschaltet werden. Das ist Teil der komplexen metabolischen Herausforderung, die Hochleistungskühe in der frühen postpartalen Periode bewältigen müssen, was die kritische Rolle von Kontrollmechanismen in der Lipidmobilisierung hinsichtlich Erhaltung der metabolischen Gesundheit hervorhebt. Aus diesem Grund wurde der Stoffwechsel des Fettgewebes im Laufe der letzten Jahrzehnte ausführlich untersucht, und mehrere regulatorische Mechanismen im Rahmen der physiologischen und auch pathophysiologischen Prozesse wurden identifiziert. Dennoch sind Wechselbeziehungen zwischen verschiedenen Regulationsmechanismen, bzw. Ursachen der hohen individuellen Variation im Umfang und Zeitablauf der Lipidmobilisierung nicht vollständig bekannt. Die gleichzeitige Untersuchung der Stoffwechselveränderungen auf mehreren regulatorischen Ebenen würde weitere Erkenntnisse über die komplexe homeorhetische Adaptation liefern. Darum hatte diese Studie das Ziel, Änderungen in (1) Morphologie des Fettgewebes, (2) molekularen Mechanismen für die Aktivierung von Lipolyse und Lipogenese auf Proteinebene, (3) funktioneller Antwort von Geweben auf adrenerge Stimuli, und (4) molekularen Mechanismen für Antilipolyse während der peripartalen Periode zu erforschen. Diese Studie wurde an 20 gesunden, multiparen Deutschen Holstein Kühen, die homogen in ihrer Körperkondition waren, am Institut für Tierernährung des Friedrich-Loeffler-Instituts durchgeführt. Der Versuch begann, als die Kühe den 42. Tag vor dem errechneten Abkalbetermin erreicht haben, und endete am 100. Laktationstag. Die Diät der Kühe war unterschiedlich in ihrem Kraftfutter-Raufutter Verhältnis, um den Effekt eines niedrigen und eines hohen antepartalen Kraftfutteranteils (und demzufolge einer niedrigen oder hohen Energieaufnahme) zu überprüfen. Zusätzlich wurde der Effekt von diätetisch zugeführter Nikotinsäure getestet. Das Ziel dieser diätetischen Maßnahmen war, deren Effekt auf den Umfang der Lipidmobilisierung zu untersuchen. Biopsieproben aus den Fettgeweben wurden von allen Kühen am Tag 42 antepartum und an den Tagen 1, 21 und 100 postpartum entnommen. Um depot-spezifische Unterschiede untersuchen zu können, wurden sowohl subkutane als auch retroperitoneale Fettgewebe gewonnen. Diese Gewebeproben wurden für Untersuchungen (1) der Fettzellgröße und Fettgewebezusammensetzung, (2) der Expression und Phosphorylierung von Proteinen mit zentraler Bedeutung für lipolytische und lipogenetische Stoffwechselwege, (3) der β-adrenergen funktionellen Antwort von Geweben in einem in vitro Lipolyse Assay, und (4) der nikotinsäurevermittelten Antilipolyse verwendet. Die Kühe in dieser Studie haben die allgemein bekannten Adaptationsvorgänge der Transitperiode aufgewiesen: steigende Milchproduktion gekoppelt mit eingeschränkter Futteraufnahme, bzw. eine Lipidmobilisierung ausgelöst von negativer Energiebilanz, die durch erhöhte Plasmakonzentration nichtveresterter Fettsäuren widergespiegelt wurde. Diese Vorgänge wurden von den diätetischen Behandlungen (unterschiedlicher Kraftfutteranteil und Nikotinsäuresupplementation) nicht signifikant beeinflusst. Die Lipidmobilisierung in der Frühlaktation war auch mit einer Verkleinerung der Fettzellgröße, einer Hochregulation des zellulären lipolytischen Stoffwechselweges (erhöhte Phosphorylierung der hormonsensitiven Lipase und Perilipin) und einer Herunterregulation der Lipogenese (verminderte Proteinexpression der Fettsäuresynthase) assoziiert, aber nicht mit einer Steigerung der in vitro β-adrenergen lipolytischen Antwort. Der antilipolytische Effekt von Nikotinsäure konnte in vitro auf molekularer und funktioneller Ebene gezeigt werden. Die zwei untersuchten Fettdepots, subkutanes und retroperitoneales Fett haben sich in den meisten Parameter nicht signifikant unterschieden. Der mangelnde diätetische Einfluss war gegensätzlich zur initialen Hypothese. Ein bedeutsamer Unterschied in der antepartalen Energieaufnahme hat nicht ausgereicht, um Unterschiede in der postpartalen Lipidmobilisierung zu induzieren, was impliziert, dass andere Einflussfaktoren, wie genetisch bestimmte metabolische Kapazitäten, eventuell assoziiert mit niedriger oder höher Körperkondition, eine übergeordnete Rolle spielen können. Der antilipolytische Effekt von Nikotinsäure, vermittelt durch den G protein-coupled receptor 109A konnte nur in vitro bestätigt werden. Der mangelnde diätetische Effekt kann durch hepatische Biokonversation bedingt sein, was eine ausreichend hohe Konzentration an Nikotinsäure in den Fettgeweben verhindern kann. Die morphologischen und molekularen Änderungen waren in Übereinstimmung mit dem enormen Bedarf an Lipidmobilisierung um Energie für Milchproduktion und Erhaltung zu sichern. Die unerwartete verminderte Antwort der Fettgewebe auf β-adrenerge Stimulation postpartum kann einerseits mit Änderungen in der Expression der β-Rezeptoren erklärt werden, andererseits kann dieses auf die Wichtigkeit von weiteren Kontrollmechanismen für die Steigerung der Lipolyse hinweisen. Zusammenfassend tragen die Befunde dieser Studie durch Verknüpfung von morphologischen, molekularen und funktionellen Aspekten dazu bei, die physiologischen Regulationsmechanismen, die die peripartale Adaptationsmechanismen in den Fettgeweben bestimmen besser zu verstehen.