Acute phase proteins in dairy calves and reindeer: changes after birth and in respiratory infections

Abstract

The early protection mechanism of the host against infection, trauma or other tissue damage comprises a set of reactions known as the acute phase response (APR). During APR, circulating concentrations of acute phase proteins (APPs) change. These proteins can serve as indicators of host response during various inflammatory conditions. In this thesis, APR in reindeer was investigated for the first time. Systemic concentrations of APPs during the neonatal period were studied in reindeer and cattle. APPs were also investigated during spontaneous bovine respiratory disease (BRD) in dairy calves.

Escherichia coli endotoxin challenge in adult reindeer increased concentrations of serum amyloid A (SAA) in all animals. Haptoglobin (Hp) showed a less pronounced increase. SAA and Hp were concluded to be acute phase reactants in reindeer.

In reindeer calves SAA concentrations increased during the first 2 weeks of life and decreased afterwards. Serum Hp concentrations increased throughout the first month after birth. In dairy calves SAA and lipopolysaccharide binding protein (LBP) concentrations changed similarly during first month of age as in reindeer calves. However, Hp concentrations generally remained low after birth. SAA rise in calves were not derived from colostrum as mammary specific SAA isoforms were not found from calves’ serum samples. Results of these two studies indicated that newborn reindeer and dairy calves have an inflammatory response during the first weeks of life and the age of young animals should by considered when interpreting APP concentrations. Very similar SAA changes in the two ruminant species also suggest that this inflammatory response may have role in the adaptation process of newborns to extrauterine life.

The effect of different bovine respiratory pathogens on concentrations of APPs (SAA, LBP, Hp, alpha1-acid glycoprotein and fibrinogen) was studied in calves. Isolation of Pasteurella multocida was associated with increased concentrations of all APPs tested. In another study, concentrations of APPs were investigated in dairy calves during an outbreak of BRD. Initial cause for BRD outbreak was bovine respiratory syncytial virus (BRSV) infection. Concentrations of SAA and LBP increased in parallel with clinical symptoms at week 1 and peaked at week 3 of outbreak. Some calves had high Hp concentrations at week 3. Higher SAA, LBP and Hp concentrations at a later stage of BRD (week 3) were associated with lower BRSV-specific IgG1 production, suggesting that these calves had enhanced inflammatory response to secondary bacterial infection. In conclusion, APPs proved to be useful in exploring host response in bovine respiratory infections.

Eläimen sairastuessa tai saadessa kudosvaurion tapahtuu elimistössä niin kutsuttu akuutin vaiheen vaste. Akuutin vaiheen aikana joidenkin plasmaproteiinien pitoisuus kohoaa, koska niiden tuotanto maksassa lisääntyy. Mittaamalla akuutin vaiheen proteiineja verenkierosta voidaan tutkia tulehduksen vaikutusta elimistöön ja elimistön vastetta haasteeseen. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin ensimmäistä kertaa akuutin vaiheen proteiineja porolla. Siinä selvitettiin proteiinien pitoisuuksien vaihtelua heti syntymän jälkeen poronvasoilla ja vasikoilla ja arvioitiin akuutin vaiheen proteiinien käyttöä vasikoiden hengitystietulehduksissa taudinaiheuttajien elimistövaikutusten tutkimisessa.

Escherichia coli - endotoksiini aiheutti seerumin amyloidi A:n (SAA) pitoisuuksien nousun aikuisilla poroilla. Haptoglobiinin (Hp) nousu ei ollut niin selvä, mutta tämä tutkimus osoitti, että molemmat proteiinit toimivat akuutin vaiheen proteiineina myös porolla.

Poronvasoilla nousi SAA:n pitoisuus ensimmäisen kahden elinviikon aikana ja laski sen jälkeen. Hp:n pitoisuudet nousivat vasoilla tasaisesti ensimmäisen elinkuukauden aikana. Vasikoilla SAA:n ja lipopolysakkariidia sitovan proteiinin (LBP) pitoisuudet muuttuivat samalla tavalla kuin SAA poronvasoilla, mutta Hp pysyi yleisesti alhaisena syntymän jälkeen. Koska maidon SAA:n isoformia ei löytynyt vasikoiden verinäytteistä, niin havaittu veren SAA:n nousu heti syntymän jälkeen ei johdu SAA:n imeytymisestä ternimaidosta. Nämä kaksi tutkimusta osoittivat, että poronvasoilla ja vasikoilla on heti syntymän jälkeen ohimenevä tulehdusreaktio. Tästä syystä on tärkeätä ottaa huomioon eläinten ikä akuutin vaiheen proteiinien tulosten tulkinnassa nuorten eläinten sairauksien yhteydessä. Hyvin samanlaiset SAA:n muutokset poronvasoilla ja vasikoilla viittaavat siihen, että tulehdusvasteella on rooli vastasyntyneiden märehtijöiden sopeutumisessa kohdunulkoiseen elämään.

Kaikkien tutkittujen akuutin vaiheen proteiinien (SAA, LBP, Hp, hapan alfa1 glykoproteiini ja fibrinogeeni) kohonneet pitoisuudet olivat yhteydessä Pasteurella multocida - löydökseen keuhkohuuhtelunäytteestä hengitystietulehdukseen sairastuneilla vasikoilla. Toisessa tutkimuksessa seurattiin vasikoita luonnollisen respiratory syncytial(RS)-viruksen aiheuttaman hengitystietaudinpurkauksen aikana. SAA:n ja LBP:n pitoisuudet nousivat vasikoilla samanaikaisesti kliinisten hengitystieoireiden ilmaantumisen kanssa seurannan ensimmäisen viikon aikana ja korkeimmillaan pitoisuudet olivat viikolla 3. Joillakin vasikoilla myös Hp-arvot olivat kohonneet viikolla 3. Korkeammat akuutin vaiheen proteiinien pitoisuudet taudinpurkauksen myöhemmässä vaiheessa oli vasikoilla, joilla oli vähäisempi RS-viruksen vasta-aineiden tuotanto. Tämä viittaa siihen, että matalampi vasta-aineiden tuotanto altisti vasikoita voimakkaammalle sekundaariselle bakteeritulehdukselle virustartunnan jälkeen. Nämä kaksi tutkimusta osoittivat että akuutin vaiheen proteiinit ovat hyödyllisiä tutkittaessa vasikoiden luonnollisia hengitystietulehduksia.