CC BY
11
Науковий в^ник Львiвського нацюнального унiверситету ветеринарно! медицини та бiотехнологiй iMeHi С.З. Гжицького.
CepiH: Вeтeринарнi науки
Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies. Series: Veterinary sciences
ISSN 2518-7554 print ISSN 2518-1327 online
doi: 10.32718/nvlvet9321 http://nvlvet.com.ua
The concentration of insuline-like growth factor in colostrum, milk and plasma of cows
D.V. Hrudetska, M.R. Simonov, O.O. Dashkovskyy
Stepan Gzhytskyi National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies Lviv, Ukraine
Hrudetska, D.V., Simonov, M.R., & Dashkovskyy, O.O. (2019). The concentration of insuline-like growth factor in colostrum, milk and plasma of cows. Scientific Messenger of Lviv National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies. Series: Veterinary sciences, 21(93), 121124. doi: 10.32718/nvlvet9321
Recently, a significant amount of data has been reported indicating on the link between consumption of dairy products and development of oncological diseases. This could be explained by the presence in milk of various hormones, particularly insulin-like growth factor (IGF). This hormone is a mediator between somatotropin and tissues. In response to the increase of the blood level of growth hormone, hepatocytes begin actively synthesize the IGF, which accelerates the rate of the metabolism, including those of onco-cells. The majority of studies relate to humane medicine, and data on the dependence of IGF milk levels on breed, period of lactation, diet, physiological, and clinical status of an animal are lacking. Taking this into consideration, the purpose of this study was to analyze the concentration of insulin-like factor in colostrum, milk of cows and blood plasma at various stages of lactation. Study was performed on cows of Ukrainian black-and-white dairy breed in their from second to fifth lactation with milk yield 5100-5700 kg per previous lactation. Concentration of IGF was detected in colostrum, milk and plasma of cows, using enzyme immunoassay. Obtained material gives evidence that the highest IGF level is present in colostrum. After that hormone concentration decreases up to 10-14 day of lactation. High level of IGF in colostrum might be associated with necessity to stimulate metabolism of calves in early postnatal period of ontogenesis. Immediately after calving plasma level of IGF decreases. The highest level was observed on 10-14th days of lactation. Taking into consideration physiological function of the given hormone, there is no univocal explanation of the decrease of its plasma level in cows at the beginning of lactation. This could be associated with energy deficit, physiological condition of animals or with developing of lactation dominant and levels of other hormones. Potential of further research lies in investigation of the dependence of the IGF level in the secretion of the mammary gland on productivity, breed, age and diet of animals.
Key words: food safety, hormones, oncological diseases, lactation.
Концентращя iнсулiноподiбного фактору росту в молозив^ молощ та плазм1 кров1 кор1в
Д.В. Грудецька, М.Р. Шмонов, О.О. Дашковський
Львiвський нацюнальний утверситет ветеринарног медицини та бютехнологт iMeHi С.З. Гжицького, м. Львiв, Укра'та
Останнш часом з 'явилася значна ктьюсть даних, ят вказують на кнування зв 'язку мiж споживанням молочних продуктiв та розвитком онкологiчних захворювань. Пояснюеться це наявтстю у молощ низки гормотв, зокрема iнсулiноnодiбного фактору росту (1ФР). Даний гормон е посередником мiж соматотрошном та тканинами. У вiдповiдь на зростання рiвня гормону росту в кровi гепатоцити починають активно синтезувати 1ФР, котрий пришвидшуе активтсть метаболгзму, в тому чиmi й онкоклi-тин. Бтьшкть до^джень стосуються гуманног медицини, а даних щодо залeжностi рiвня 1ФР у молоц вiд породи, перюду лактацИ, ращону, фiзiологiчного, ^iтчного стану тварини е обмаль. Виходячи з цього метою даног роботи було вивчити концен-трацю iнсулiноподiбного фактору в молозивi, молоц корiв та плазмi кровi на рiзних етапах лактацп. До^ди проводили на коровах чорно-рябог украгнськог молочног породи, 2-5 лактаци, продуктивтстю 5100-5700 кг молока за попередню лактащю. У моло-
Article info
Received 07.02.2019 Received in revised form
13.03.2019 Accepted 14.03.2019
Stepan Gzhytskyi National University of Veterinary Medicine and Biotechnologies Lviv, Pekarska Str., 50, Lviv, 79010, Ukraine. Tel.: +38-068-519-87-07 E-mail: dhrudetska@gmail.com
зивi, молощ та плазмi кровi корiв до^джували концентрацю 1ФР за допомогою муно-ферментного методу. Отриманий факти-чний матерiал свiдчить про те, що найвищий рiвень 1ФР рееструеться у молозивi. Далi концентращя гормону вiрогiдно (Р < 0,01) знижуеться до 10-14 доби лактаци. Високийрiвень 1ФР у молозивi може бути пов'язаний з необхiднiстю стимулювання метабо-л1зму в телят у рантй постнатальний перюд онтогенезу. У плазмi кровi корiв встановлено зниження рiвня 1ФР вiдразу тсля оте-лення. Найвища концентращя спостеркалася на 10-14 доби лактаци. Зниження рiвня iнсулiноподiбного фактору росту у плазмi кровi корiв на початку лактаци, враховуючи фiзiологiчнi функцп даного гормону, однозначно пояснити неможливо. Це може бути пов 'язано як з енергетичним дефщитом чи фiзiологiчним станом тварин, так i з формуванням лактацшноХ домтанти та рiвнем тших гормотв. Перспектива подальших до^джень полягае у доатджет залежностi рiвня 1ФР у секретi молочног залози вiд продуктивностi, породи, вк та годiвлi тварини.
Ключовi слова: безпека продуктiв харчування, гормони, онкозахворювання, лактащя.
Вступ
Безперечно, молоко та молочш продукта - над-звичайно важливi компоненти нашого ращону, осш-льки е важливим джерелом повнощнних проте!шв, полшенасичених жирних кислот, фосфатидiв, мшера-льних речовин, впамтв. Молоко забезпечуе потребу оргашзму людини у жиророзчинних виамшах на 2030%, у вгтамшах B2 i B6 - на 70%, а у впашш Bi2 -майже на 100%. Варто зазначити, що вс речовини у молощ перебувають в оптимальному сшввщношенш. Однак занепокоення викликае ряд публжацш (Rogers et al., 2006; Duarte-Salles et al., 2014; Frezza et al., 2018; Rieunier et al., 2019), котрi пов'язують виникнення онкологiчних захворювань зi споживанням молока та молочних продукпв. Пояснюеться це наявнiстю у молощ низки гормошв, зокрема iнсулiноподiбного фактору росту. Так, були встановлеш потенцiйнi ме-ханiзми, що лежать в основi зав'язк1в мiж споживанням молока та розвитком пролiферативних процеав у передмiхуровiй залозi (Park et al., 2014; Harrison et al., 2017). Iншi дослщники (Kleinberg & Barcellos-Hoff, 2011; Nielsen et al., 2011; Braak et al., 2015) показують, що iнсулiноподiбнi молекули з посиленою мггоген-ною сигналiзацiею збiльшують ризик розвитку раку молочно! залози. Також iснують данi (Um et al., 2017), котрi пов'язують рiвень iнсулiноподiбного фактору з розвитком колоректального раку.
Iнсулiноподiбний фактор росту е найважливiшим ендокринним посередником дИ соматотропного гормону, тому його також називають соматомедином (Partridge et al., 2011; Kim, 2014; Thornton et al., 2015). У периферичних тканинах саме соматомедин забезпечуе практично вс фiзiологiчнi ефекти соматотропного гормону. Крiм цього, соматомедин забезпечуе зворот-ний зв'язок тканин з ппоталамусом i гiпофiзом. Впе-рше цей гормон був описаний у 1957 рощ (Salmon & Daughaday, 1957), однак з того часу активно досл-джувався лише у гуманнш медицинi. Зазначений тка-нинний гормон синтезуеться гепатоцитами печшки у ввдповвдь на подразнення специфiчних рецепторiв. У тканинах практично вся дiя соматотропного гормону забезпечуеться 1ФР. З печiнки соматомедин потрапляе в кровотж, а звiдти, завдяки посередництву проте!шв-переносник1в, в тканини й органи (Frysaka et al., 2015).
Виходячи з цього метою дано! роботи було вивчи-ти концентращю iнсулiноподiбного фактору в моло-зив^ молоцi та плазмi кровi корiв на рiзних етапах лактаци.
MaTepia™ i методи дослiджень
Матерiалом для дослщжень були корови чорно-рябо! укрансько! молочно! породи, 2-5 лактаци, про-дуктивнiстю 5100-5700 кг молока за попередню лак-тацш. В^^р проб секрету молочно! залози та плазми кровi було проведено протягом лютого-березня. Молоко вiдбирали тд час ранiшнього до!ння у стерильш емностi. Кров отримували з яремно! вени у стерильнi пробiрки з гепарином. Далi молоко осаджували 0,1 н соляною кислотою з подальшим центрифугуванням (3 тис. об/хв протягом 15 хв) та видаленням жиру. Для отримання плазми кров ввдразу центрифугували при трьох тис. об./хв. Молозиво ввдбирали на 1-3 добу лактаци, молоко на 10-14 та 30-40 добу лактаци а кров за 7-10 дiб до отелення, на 1-3, 10-14 та 30-40 добу лактаци. В отриманих пробах дослвджували концентращю iнсулiноподiбного фактору росту методом iмуно-ферментного анатзу iз використанням тест-наборiв фiрми "DRG" (Шмеччина).
Вiдбiр проб кровi, молозива i молока проводили з урахуванням "Загальних етичних принципiв експери-ментiв на тваринах" (Укра!на, 2001) та зпдно з поло-женнями "Свропейсько! конвенци про захист хребет-них тварин, яш використовуються для експеримента-льних та шших цiлей" (Страсбург, 1985).
Одержат цифровi данi опрацьовували в програш Excel, визначаючи середню арифметичну величину (М), статистичну помилку середньо! арифметично! величини (m), вiрогiднiсть рiзницi мiж середнiми арифметичними двох варiацiйних рядiв (Р < ) та сту-пiнь кореляцi!' мiж показниками (r).
Результати досл1джень
Проведенi дослвдження секрету молочно! залози показали найвищий рiвень 1ФР у молозивi (рис. 1). На 10-14 добу лактаци концентращя гормону в молощ знизилася у 14 разiв, а на 30-40 добу - у 8,6 разiв (Р < 0,01). На 30-40 добу лактаци рiвень 1ФР був де-що вищим, порiвняно iз 10-14 добою, однак рiзниця була не вiрогiдною. Варто звернути увагу на широк1 лiмiти показника в межах одше! групи тварин. Так, на 1-3 добу лактаци концентращя гормону в секреп коливалася в межах в1д 248,0 до 1028,1 нг/мл, на 1014 - ввд 36,1 до 75,2, а на 30-40 добу - ввд 55,0 до 101,3 нг/мл.
а™ «о
678.6
47,6 т
добл пкгля апмелня ] 0-14 дсба 30-40 доба
Рис. 1. Концентрацiя iнсулiноподiбного фактору росту у секретi молочно! залози корiв, нг/мл; п = 10
Отриманi результата показали, що у плазмi кровi корiв пiсля отелення, порiвняно iз сухостiйними, зни-зилася концентрацiя iнсулiноподiбного фактору росту (рис. 2). Так, порiвняно зi 7-10 добою до отелення, на 1-3 добу лактацп, його концентращя знизилася на 29,3% (Р < 0,05). В подальшому (на 10-14 добу) вста-новлено вiрогiдне (Р < 0,01) зростання рiвня гормону, порiвняно зi початком лактаци (на 64,2%). Подальшi дослвдження вiрогiдних змiн не показали.
7-10 зоба до отеле шн
1-3 лоба lit ля отеле |пн
10-14 дива
30-40 лА
Рис. 2. Концентращя 1нсул1нопод1бного фактору росту у плазм1 кров1 кор1в, нмоль/л; n = 10
Статистична обробка отриманого цифрового мате-р1алу показала юнування середньо! позитивно! коре-ляцшно! залежносл (r = 0,5) мгж р1внем 1ФР у плазм1 кров1 та молозив1 i сильно! позитивну (r = 0,7-0,8) м1ж р1внем у плазм1 кров1 та молощ.
Обговорення
Висока концентращя 1нсул1нопод1бного фактору росту у молозив1 може бути пов'язана з1 потребою стимулювання обмшних процеав у телят, оскшьки в них на раншх перюдах постнатального онтогенезу ендокринна система е незршою. Позитивна кореля-цшна залежшсть м1ж р1внем 1ФР у молощ та плазм1 кров1 сввдчить про залежшсть безпечносп отриманого молока ввд ф1з1олог1чного i клшчного стану тварини та доцшьшсть подальших дослвджень. Отримаш нами результати р1вня 1ФР у молощ узгоджуються з дани-ми шших дослщнишв (Malven et al., 1987; Sejrsen et al., 2001).
Широк! меж1 коливання показника в межах одще! групи тварин сввдчать про шдиввдуальш особливосп та щдтверджують перспективу подальших дослщжень.
На нашу думку, зниження р1вня шсулшопод1бного фактору росту у плазм1 кров1 кор1в на початку лактацИ', враховуючи ф1зюлопчш функци даного гормону, однозначно пояснити не можливо. За низького р1вня соматомедину в кров1 секрещя соматотроп1н-рил1зинг гормону i соматотротну зростае, за високого - зни-жуеться (Gkioka et al., 2015; Vigneri et al., 2015). Вод-ночас 1ФР регулюе секрецш соматостатину, а саме: високий рiвень iнсулiноподiбного фактору росту приводить до зростання секрецп соматостатину, низький - до !! зниження. Але д1я може бути загальмованою недостатнiм по!данням корму, нечутливiстю гормону росту, вщсутшстю реакцi! рецепторiв або активнiстю сигнального шляху, нижчою за необхвдний мшмум. Крiм цього, було встановлено, що за нестачi 1ФР в кровi вiн може продукуватися в самих м'язах (Miura et al., 1992). Ще однiею причиною може бути енерге-тичний дефiцит на початку лактацшного перiоду. Крiм цього, зниження рiвня 1ФР разом з низькою концентращею тирео!дних гормонiв може бути одним з механiзмiв формування лактацшно! домiнанти (Simonov, 2013). Низький рiвень даних гормонiв до-зволяе зменшити актившсть використання енергетич-них сполук в тканинах тiла та тдвищити !х доступ-нiсть для молочно! залози.
Висновки
Отриманий фактичний матерiал сввдчить про те, що найвищий рiвень 1ФР рееструеться у молозива Далi концентрацiя гормону вiрогiдно (Р < 0,01) зни-жуеться до 10-14 доби лактацп. Високий рiвень 1ФР у молозивi може бути пов'язаний з необхiднiстю стимулювання метаболiзму в телят у раннш постнаталь-ний перiод онтогенезу.
У плазмi кровi корiв встановлено зниження рiвня 1ФР пiсля отелення. Найвища концентрацiя вiдмiчала-ся на 10-14 доби лактацп. Зниження рiвня шсулшо-подiбного фактору росту у плазмi кровi корiв на початку лактаци, враховуючи фiзiологiчнi функцi! даного гормону, однозначно пояснити неможливо. Це може бути пов'язано як з енергетичним дефщитом чи фiзiо-лопчним станом тварин, так i з формуванням лакта-цiйно! домiнанти та рiвнем iнших гормонiв.
Перспектива подальших дослгджень полягае у до-слщжеш залежностi рiвня 1ФР у секрет молочно! залози ввд продуктивностi, породи, вшу та годiвлi тварини.
References
Braak, B., Siezen, C., Speksnijder, E.N., Koedoot, E., van Steeg, H., Salvatori, D.C., van de Water, B. & van der Laan, J.W. (2015). Mammary gland tumor promotion by chronic administration of IGF1 and the insulin analogue AspB10 in the p53R270H/+ WAPCre mouse model. Breast Cancer Res., 17, 14. doi: 10.1186/s13058-015-0518-y. Duarte-Salles, T., Fedirko, V., Stepien, M., Trichopoulou, A., Bamia, C., Lagiou, P., Lukanova, A., Trepo, E.,
Overvad, K., Tj0nneland, A., Halkjaer, J., Boutron-Ruault, M.C., Racine, A., Cadeau, C., Kühn, T., Ale-ksandrova, K., Trichopoulos, D., Tsiotas, K., Boffetta, P., Palli, D., Pala, V., Tumino, R., Sacerdote, C., Panico, S., Bueno-de-Mesquita, H.B., Dik, V.K., Peeters, P.H., Weiderpass, E., Torhild Gram, I., Hjartaker, A., Ramón Quirós, J., Fonseca-Nunes, A., Molina-Montes, E., Dorronsoro, M., Navarro Sanchez, C., Barricarte, A., Lindkvist, B., Sonestedt, E., Johansson, I., Wennberg, M., Khaw, K.T., Wareham, N., Travis, R.C., Romieu, I., Riboli, E., & Jenab, M. (2014). Dairy products and risk of hepatocellular carcinoma: the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition. Int. J. Cancer, 135(7), 1662-1672. doi: 10.1002/ijc.28812.
Frezza, V., Fierro, C., Gatti, E., Peschiaroli, A., Lena, A.M., Petruzzelli, M.A., Candi, E., Anemona, L., Mauriello, A., Pelicci, P.G., Melino, G., & Bernassola, F. (2018). ANp63 promotes IGF1 signalling through IRS1 in squamous cell carcinoma. Aging (Albany NY), 10(12), 4224-4240. doi: 10.18632/aging.101725.
Frysaka, Z., Schovaneka, J., Iacoboneb, M., & Karaseka, D. (2015). Insulin-like Growth Factors in a clinical setting: Review of IGF-I. Biomed Pap Med Fac Univ Palacky Olomouc Czech Repub., 159(3), 347-351. doi: 10.5507/bp.2015.041.
Gkioka, E., Msaouel, P., & Philippou, A. (2015). The role of insulin-like growth factor-1 signaling pathways in uterine leiomyoma. J. In Vivo, 29(6), 637-649. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26546520.
Harrison, S., Lennon, R., Holly, J., Higgins, J.P.T., Gardner, M., Perks, C., Gaunt, T., Tan, V., Borwick, C., Emmet, P., Jeffreys, M., Northstone, K., Rinaldi, S., Thomas, S., Turner, S.D., Pease, A., Vilenchick, V., Martin, R.M., & Lewis, S.J. (2017). Does milk intake promote prostate cancer initiation or progression via effects on insulin-like growth factors (IGFs)? A systematic review and meta-analysis. Cancer Causes Control, 28(6), 497-528. doi: 10.1007/s10552-017-0883-1.
Kim, J.W. (2014). Modulation of the somatotropic axis in periparturient dairy cows. Asian-Australas J. Anim. Sci., 27(1), 147-154. doi: 10.5713/ajas.2013.13139.
Kleinberg, D.L. & Barcellos-Hoff, M.H. (2011). The pivotal role of insulin-like growth factor I in normal mammary development. Endocrinol Metab Clin North Am., 40(3), 461-471. doi: 10.1016/j.ecl.2011.06.001.
Malven, P., Head, H., Collier, R.J. & Buonomo, F. (1987). Periparturient changes in secretion and mammary uptake of insulin and in concentrations of insulin and insulin-like growth factors in milk of dairy cows. J. Dairy Sci., 70(11), 2254-2265. doi: 10.3168/jds.S0022-0302(87)80285-0.
Miura, Y., Kato, H., & Noguchi, T. (1992). Effect of dietary proteins on insulin-like growth factor-1 (IGF-1) messenger ribonucleic acid content in rat liver. The British journal of nutrition, 67(2), 257-265. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1596498.
Nielsen, T.S., Purup, S., Wärri, A., Godschalk, R.W., & Hilakivi-Clarke, L. (2011). Effects of maternal expo-
sure to cow's milk high or low in isoflavones on carcinogen-induced mammary tumorigenesis among rat offspring. Cancer Prev Res (Phila), 4(5), 694-701. doi: 10.1158/1940-6207.CAPR-10-0220.
Park, S.W., Kim, J.Y., Kim, Y.S., Lee, S.J., Lee, S.D., & Chung, M.K. (2014). A milk protein, casein, as a proliferation promoting factor in prostate cancer cells. World J Mens Health, 32(2), 76-82. doi: 10.5534/wjmh.2014.32.2.76.
Partridge, L., Alic, N., Bjedov, I., & Piper, M.D. (2011). Ageing in drosophila: the role of the insulin/Igf and TOR signalling network. J. Exp Gerontol, 46(5), 376381. doi: 10.1016/j.exger.2010.09.003.
Rieunier, G., Wu, X., Macaulay, V.M., Lee, A.V., Weyer-Czernilofsky, U., & Bogenrieder, T. (2019). Bad to the Bone: The Role of the Insulin-Like Growth Factor Axis in Osseous Metastasis. Clin Cancer Res. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-18-2697.
Rogers, I., Emmett, P., Gunnell, D., Dunger, D., & Holly, J. (2006). Milk as a food for growth? The insulin-like growth factors link. Public Health Nutr., 9(3), 359-368. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16684388.
Salmon, W.D., & Daughaday, W.H. (1957). A hormonally controlled serum factor which stimulates sulfate incorporation by cartilage in vitro. J. Lab. Clin. Med., 49(6), 825-836. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/ 13429201.
Sejrsen, K., Pedersen, L.O., Vestergaard, M., & Purup, S. (2001). Biological activity of bovine milk: Contribution of IGF-I and IGF binding proteins. Livestock Production Science, 70(1-2), 79-85. doi: 10.1017/S0022029906002093.
Simonov, M.R. (2013). Vmist gormoniv shhytopodibnoi' ta pryshhytopodibnoi' zaloz u plazmi krovi vysokoproduktyvnyh koriv na riznyh fazah laktacii' ta periodah utrymannja. Naukovo-tehnichnyj bjuleten' Instytut biologii' tvaryn ta DNDKI vetpreparativ ta kormovyh dobavok, 14(1-2), 59-62 (in Ukrainian).
Thornton, K.J., Kamange-Sollo, E., White M.E., & Dayton, W.R. (2016). Active G protein-coupled receptors (GPCR), matrix metalloproteinases 2/9 (MMP2/9), heparin-binding epidermal growth factor (hbEGF), epidermal growth factor receptor (EGFR), erbB2, and insulin-like growth factor 1 receptor (IGF-1R) are necessary for trenbolone acetate-induced alterations in protein turnover rate of fused bovine satellite cell cultures. J. Anim. Sci., 94(6), 2332-2343. doi: 10.2527/jas.2015-0178.
Um, C.Y., Fedirko, V., Flanders, W.D., Höflich, C., Wirthgen, E., & Bostick R.M. (2017). Circulating insulin-like growth factor-related biomarkers: Correlates and responses to calcium supplementation in colorec-tal adenoma patients. Mol Carcinog, 56(9), 21272134. doi: 10.1002/mc.22669.
Vigneri, P.G., Tirro, E., Pennisi, M.S., Massimino, M., Stella, S., Romano, C., & Manzella, L. (2015). The insulin/IGF system in colorectal cancer development and resistance to therapy. J. Front Oncol., 5, 230. doi: 10.3389/fonc.2015.00230.
