Il latte dei ruminanti fornisce nutrienti fondamentali per la salute umana e, nell’ultimo decennio, molte attività di ricerca si sono concentrate sul miglioramento del suo profilo nutraceutico. Numerosi studi sulla composizione del grasso del latte sono stati condotti per trovare le migliori strategie, che permettessero di aumentare gli acidi grassi con un ruolo positivo per la salute del consumatore. Particolare attenzione è stata dedicata all’incremento degli isomeri coniugati dell’acido linoleico (CLA), che mostrano effetti di prevenzione contro obesità, carcinogenesi e aterogenesi, oltre ad essere potenti immunomodulatori (Conte et al., 2017). Le strategie considerate per raggiungere questo obiettivo possono essere riassunte in due campi principali: alimentazione animale e miglioramento genetico (Conte et al., 2017). Gli approcci alimentari includono l’uso di integratori ricchi di acidi grassi insaturi (ad esempio olio di soia, olio di mais, olio di cartamo, olio di semi di lino, olio di colza, alghe marine e olio di pesce) nella dieta degli animali da latte (Toral et al., 2017). Nelle vacche da latte, queste strategie hanno portato ad un cambiamento del metabolismo della ghiandola mammaria, in particolare della via coinvolta nel metabolismo dei lipidi (Bauman e Griinari, 2003). Ad esempio, la sintesi de novo degli acidi grassi è solitamente ridotta, favorendo un aumento della frazione insatura nel grasso del latte. Contrariamente alle vacche, le pecore sono meno sensibili all’effetto dell’integrazione contenente olio vegetale (Frutos et al., 2017), ma il loro metabolismo mammario è fortemente influenzato da una dieta integrata con lipidi marini (Toral et al., 2015).

I semi di lino (sia come olio che come semi interi) sono una fonte lipidica importantissima nella dieta dei ruminanti, per via del loro elevato contenuto di acido α-linolenico (valori che oscillano tra il 50 ed il 60% del grasso totale). Pertanto, l’integrazione di semi di lino nella dieta dei ruminanti è stata considerata un modo efficace per migliorare la qualità del grasso del latte (Bernard et al., 2008). È stato dimostrato che l’integrazione alimentare delle diete dei ruminanti con diverse forme di semi di lino aumenta il contenuto di acido α-linolenico, CLA e altri acidi grassi omega-3 nel latte bovino (Bell et l., 2006) e ovino (Mele et al., 2007). L’acido α-linolenico è un acido grasso polinsaturo (PUFA) che determina diversi intermedi della bioidrogenazione ruminale che influenzano le vie del metabolismo lipidico (Shingfield et al., 2010). La composizione degli intermedi di bioidrogenazione dipende dalla composizione della dieta, come dimostrato da diversi studi che hanno rivelato la formazione di diversi isomeri C18:1, C18:2, C18:3 e CLA (Shingfield et al., 2010).

I cambiamenti indotti dalla dieta nella lipogenesi mammaria e nella secrezione di grasso sono determinati da un cambiamento nell’espressione genica, che si concretizza con una diversa quantità di mRNA per gli enzimi chiave coinvolti nelle vie biochimiche della sintesi dei grassi. Un’identificazione più completa, dei meccanismi cellulari, può offrire maggiori opportunità per l’applicazione e la comprensione della regolazione del metabolismo lipidico.

In questo senso, oltre a studiare i cambiamenti indotti dalla dieta nella lipogenesi mammaria e nella secrezione di grasso, recentemente sono stati studiati anche i meccanismi molecolari delle pecore da latte. Ad esempio, fenomeni come la depressione del contenuto di grasso nel latte ed i cambiamenti nella composizione degli acidi grassi causati dall’olio di pesce, erano correlati ai cambiamenti nel livello RNA di alcuni geni lipogenici candidati e fattori di trascrizione. In particolare, la riduzione del contenuto di mRNA di geni coinvolti nel trasporto/assorbimento di FA, sintesi di FA de novo, desaturazione di FA e sintesi di trigliceridi è stata vista essere correlata con la depressione del contenuto di grasso del latte MFD (Frutos et al., 2017). Tuttavia, questi approcci basati sullo studio di alcuni geni candidati hanno fornito solo una panoramica parziale del metabolismo della ghiandola mammaria, mancando di informazioni sui processi metabolici non correlati al metabolismo dei lipidi.

Grazie alle tecnologie-omiche, le modificazioni metaboliche e biologiche nelle ghiandole mammarie sono state esplorate in modo più approfondito. Il sequenziamento dell’RNA (RNA-seq) è riconosciuto come uno strumento di rilevamento sensibile e ad ampio spettro per identificare i profili di espressione genica dinamici alla base dei processi molecolari e cellulari (Ibeagha-Awemu et al., 2017). Il rapido sviluppo di RNA-seq ha reso possibile il sequenziamento di un intero trascrittoma su larga scala, fornendo una conoscenza più approfondita della regolazione trascrittomica (Ibeagha-Awemu et al., 2017). Questo approccio è stato utilizzato con successo per studiare il trascrittoma del latte/tessuto mammario, sebbene solo pochi studi abbiano valutato l’effetto dei PUFA sul trascrittoma della ghiandola mammaria.

In un recente studio pubblicato sulla rivista Animal (Conte et al., 2021) è stata applicata la tecnica dell’RNA-Seq per ottenere informazioni sui meccanismi regolatori alla base dell’effetto dei nutrienti sulla sintesi del grasso del latte delle ghiandole mammarie ovine, in una delle più importanti razze da latte italiane.

In questo lavoro, pecore di razza Comisana pluripare, tutte in condizioni di media lattazione, sono state alimentate con una dieta priva di lino per 6 settimane. Successivamente, gli stessi animali sono stati alimentati con una dieta integrata con lino estruso. Alla fine dei due periodi di alimentazione sono stati fatti campionamenti di latte, da cui è stato estratto l’RNA, a partire dalle cellule somatiche.

I risultati dello studio hanno mostrato come l’integrazione con semi di lino riduce la produzione di latte del 30%. Questi dati non sono in accordo con gli studi di Zhang et al. (2006) e Gómez Cortés et al. (2009), che hanno rilevato addirittura un incremento della produzione con una dieta integrata con semi di lino estrusi. Generalmente, il grasso supplementare viene somministrato per aumentare la densità energetica della dieta e può comportare un aumento della produzione di latte. Tuttavia, la produzione di latte non sempre risponde positivamente all’integrazione di grassi. In effetti, è stato osservato che l’integrazione di grassi può aumentare (Jonson et al., 2002), non avere effetti (Kitessa et al., 2003) o diminuire (Gonthier et al., 2005) la produzione dei ruminanti da latte.

Nel lavoro di Conte et al., (2021), la diminuzione della produzione di latte può essere correlata ad una riduzione della sintesi del lattosio, che controlla il volume del latte mantenendone l’osmolarità (Finicane et al., 2008). Questa riduzione potrebbe essere correlata ad una ridotta espressione della beta-1,4-galattosiltransferasi1 (B4GALT1), che interagisce con l’alfa-lattoalbumina per formare il complesso lattosio-sintasi che produce lattosio.

I dati biochimici indicano che la dieta con lino ha diminuito la secrezione di grassi (-25%) e proteine (-30%). La riduzione del grasso è confermata dalla significativa diminuzione osservata nelle concentrazioni dei principali acidi grassi saturi valutati, che derivano principalmente dalla sintesi mammaria (Conte et al., 2017). Ad esempio, la concentrazione di C12:0, C14:0 e C16:0 è diminuita rispettivamente del 54%, 32%, 21% alla fine dell’integrazione. Questi dati hanno confermato l’efficacia dei semi di lino nell’aumentare le concentrazioni di acidi grassi sani nel latte diminuendo gli acidi grassi saturi. In particolare, la dieta L ha aumentato il livello di PUFA, in particolare la frazione omega-3 (+33%). La riduzione della secrezione lipidica può essere dovuta alla ridotta espressione del gene DGKE, coinvolta nel metabolismo dei glicerofosfolipidi, e che mostra un’influenza sui geni lipogenici (Li et al., 2015). Al contrario, il livello di trascrizione del gene Stearoil CoA desaturasi (SCD) ha mostrato una diminuzione significativa, che è in accordo con studi precedenti che studiavano diete integrate con olio di pesce (Harvatine et al., 2006).

Per quanto riguarda i PUFA del latte nelle pecore, è stato osservato un aumento significativo di quelli legati alla dieta o all’attività ruminale (CLA, C18:2 c9t11) ed una riduzione dei PUFA a catena molto lunga come l’acido eicosapentaenoico (C20:5n3) e docosaesaenoico (C22:6n3). La sintesi di questi PUFA viene effettuata dalle desaturasi 1 (FADS1) e 2 (FADS2), che aggiungono doppi legami in posizione ∆5 e ∆6, rispettivamente (Mele et al., 2007); quindi, la riduzione potrebbe essere correlata ad una minore espressione di questi geni. In merito a questo fenomeno, è stata osservata una riduzione nell’espressione dei geni ELOVL5 ed ELOVL6, che codificano per gli enzimi responsabili del ciclo di allungamento a catena lunga.

Nel lavoro di Conte et al. (2021), le concentrazioni di CLA erano significativamente aumentate nel latte delle pecore alimentate con lino. La composizione della dieta influenza le vie di bioidrogenazione ruminali producendo un’ampia gamma di isomeri posizionali e geometrici e acidi grassi modificati, inclusi gli isomeri C18:2 e C18:3 non coniugati e parzialmente coniugati (Palmquist et al., 2005). Un’elevata percentuale di CLA nel latte viene sintetizzata in modo endogeno nella ghiandola mammaria utilizzando l’acido vaccenico ruminale come substrato.

I geni regolati in modo significativo dalla dieta L, come ANGPTL4 (angiopoietina-simile 4), potrebbero essere candidati importanti nei percorsi aggregati di lipogenesi mammaria/assorbimento di acidi grassi. Il fegato ed il tessuto adiposo sono stati identificati come fonti chiave di ANGPTL4, un’adipochina coinvolta nella regolazione del metabolismo lipidico nei bovini (Mamedova et al., 2010). È stato dimostrato che la sua espressione cambia con l’alterazione del bilancio energetico nei bovini da latte in lattazione. Si prevede che la sovra espressione di ANGPTL4 aumenti la concentrazione di colesterolo e la quantità di steroidi. Inoltre, è stato dimostrato nei topi transgenici che ANGPTL3 e ANGPTL4 regolano i livelli di trigliceridi circolanti sotto diversi regimi nutrizionali e quindi svolgono ruoli nel metabolismo dei lipidi attraverso l’inibizione differenziale della lipoproteina lipasi. Questo effetto dovrebbe essere correlato ad un contemporaneo aumento dei trascritti di geni coinvolti nella sintesi del triacilglicerolo, come GPAT4, AGPAT1, AGPAT2 e AGPAT3. GPAT4 catalizza la prima fase impegnata nella biosintesi dei glicerolipidi, l’acilazione del glicerolo-3-fosfato, con la sintesi dell’1-acil-sn-glicerolo-3-fosfato. Questa reazione rappresenta il passaggio essenziale nella sintesi dei glicerolipidi. I tre geni AGPAT codificano per l’acil-CoA:1-acilglicerolo-sn-3-fosfato aciltransferasi, che catalizza la seconda acilazione in posizione sn2. Al contrario, nessun effetto è stato rilevato per il gene DGAT1, che catalizza l’ultimo passaggio della sintesi del triacilglicerolo.

L’attività di sintesi del colesterolo è stata influenzata anche dall’integrazione di semi di lino, per via della riduzione di diversi geni (LSS, DHCR24, FDFT1, HSD17B7, MSMO1, SC5D, SQLE) che sono bersagli della famiglia di fattori di trascrizione SREBF. Questa regolazione non sembra correlata ai cambiamenti nel livello di espressione dei trascritti SREBF che sono rimasti invariati nel nostro esperimento, suggerendo una regolazione post-trascrizionale piuttosto che trascrizionale. Risultati simili sono stati osservati in pecore alimentate con olio di pesce [14] dove i geni inclusi nella via di segnalazione SREBP erano downregolati, ma il gene SREBF1 non era espresso in modo differenziale rispetto al controllo.

I nostri dati forniscono informazioni sugli adattamenti del metabolismo dei nutrienti nella ghiandola mammaria dopo l’integrazione con AF insaturi. Suggeriamo che, attraverso l’alimentazione di diete arricchite con semi di lino, la ghiandola mammaria riduce l’attività metabolica complessiva dei grassi e delle proteine, ma aumenta il metabolismo dei carboidrati. In effetti, la maggior parte delle trascrizioni coinvolte nel processo biologico correlato al metabolismo dei carboidrati (glicolisi e gluconeogenesi e via del pentoso fosfato) sono state sovraregolate.

I risultati dello studio suggeriscono che l’integrazione della dieta delle pecore da latte con acidi grassi insaturi, come i semi di lino, riduce la secrezione di grasso del latte, proteine e lattosio, e riduce la produzione di latte. Come conseguenza dell’integrazione di ALA, la proporzione di PUFA n3 e CLA nel latte aumenta, mentre la sintesi di FA de novo diminuisce, con un miglioramento della qualità nutrizionale del latte ovino. L’integrazione con semi di lino ha determinato aggiustamenti trascrizionali di 3928 geni, suggerendo un forte impatto sul metabolismo e su altre funzioni cellulari della ghiandola mammaria. L’analisi funzionale di questi geni ha indicato che l’inclusione di acidi grassi insaturi nella dieta modifica l’espressione dei geni coinvolti nel metabolismo dei lipidi e delle proteine. Inoltre, l’integrazione di semi di lino ha anche modificato la regolazione dei geni coinvolti nelle interazioni cellula-cellula, la morfologia cellulare (organizzazione del citoscheletro), la morte cellulare e la risposta immunitaria. Questi adattamenti trascrizionali che si verificano nel tessuto mammario in risposta ai lipidi alimentari potrebbero fornire nuove prospettive per studi funzionali più dettagliati del metabolismo mammario delle pecore.

La presente nota è una sintesi del seguente articolo scientifico pubblicato dalla rivista Animals, dove è riportata tutta la letteratura citata: Conte G., Giordani T., Vangelisti A., Serra A., Pauselli M., Cavallini A., Mele M. “Transcriptome Adaptation of the Ovine Mammary Gland to Dietary Supplementation of Extruded Linseed”– Animals 2021, 11, 2707. https://doi.org/10.3390/ani11092707.

Autori

Giuseppe Conte, Alberto Stanislao Atzori, Fabio Correddu, Antonio Gallo, Antonio Natalello, Sara Pegolo, Manuel Scerra – Gruppo Editoriale ASPA.