氨气是一种有毒气体,主要产生于畜禽场、化肥厂或田间施肥。长期或高浓度的氨气暴露,会影响人和动物的健康,导致动物生产力下降,甚至引起个体死亡。肺是呼吸道的终末器官,在维持机体健康方面扮演重要角色。肺也是氨气的重要靶器官之一。本课题组前期研究发现,与对照组相比,15 mg/m~3和38 mg/m~3氨气刺激仔猪30天以后,仔猪肺部出现了细胞外基质成分增多、肺泡间隔增厚等结构性病变。本研究通过转录组学分析以及分子生物学实验,进一步探索氨气暴露对肺组织基因表达的影响。同时,结合实验室前期获得的代谢组学数据,进行转录组和代谢组的整合分析,从基因表达和代谢调控两个层面进一步解析不同浓度氨气长期暴露对肺的毒理机制。研究结果总结如下:1.不同浓度氨气暴露后仔猪肺组织基因集富集分析通过对测序数据的比对、计数和注释,本研究得到了15 mg/m~3和38 mg/m~3氨气暴露后肺组织的基因表达谱。通过基因集富集分析方法,对所有鉴定到的基因进行KEGG通路富集。结果表明,与对照组相比,在15 mg/m~3氨气暴露下,ECM-受体相互作用通路的基因集的表达水平较低,而淋巴细胞相关通路、Toll样受体信号通路、蛋白质水解、细胞凋亡以及DNA复制等通路的基因集的表达水平较高;在38 mg/m~3氨气暴露下,细胞周期、DNA复制、同源重组和氨酰-tRNA合成通路的基因集的表达水平较低。2.不同浓度氨气暴露后仔猪肺组织差异表达基因的鉴定及功能分析与对照组相比,在15 mg/m~3氨气组一共鉴定到了183个差异表达基因,这些基因主要与炎性细胞的趋化和激活、细胞对细胞因子的反应、防御反应、免疫反应等过程相关。在38 mg/m~3氨气组一共鉴定到了300个差异表达基因,这些基因主要与氧化还原反应、脂质运输、离子转运和蛋白质的消化和吸收等过程相关。有58个基因为两个氨气处理组里共有的差异表达基因,27个基因在两个处理组里都是上调表达,31个基因在两个处理组里都是下调表达。两个处理组里的共有上调差异表达基因主要与胞苷脱氨、中性粒细胞活化、抗原结合和脂质运输等功能有关,共有的下调差异表达基因主要与细胞运动、细胞骨架维持、免疫调节和氨基酸代谢等功能有关。3.不同浓度氨气暴露后肺组织hub基因、关键生物学过程基因的鉴定和验证本研究得到了15 mg/m~3氨气暴露后肺组织的hub基因:ADRA2C、CCR2、CCL8、CCL1、AMCF-Ⅱ、CCR8、TNFRSF9、CTLA4、IFNG和CD69,这些基因主要是与白细胞迁移、趋化因子以及T细胞反应等过程相关。38 mg/m~3氨气暴露后肺组织的hub基因为:NPY、HRC、APOB、TNC、AMCF-Ⅱ、SSTR1、APLN、P2RY13、CDH2和PCSK9,这些基因主要与信号转导过程有关。本研究检测了与T细胞反应相关的一些基因,结果表明15 mg/m~3氨气暴露会诱导T细胞介导的促炎反应。同时,对肺泡细胞外基质成分的基因表达做了检测,发现这些基因的表达都是在38 mg/m~3氨气暴露组显著下调。4.不同浓度氨气暴露后仔猪肺组织转录组-代谢组整合分析将本研究获得的转录组学的数据,与实验室前期的代谢组学数据进行整合分析。在15 mg/m~3氨气组一共富集到了13个通路,在38 mg/m~3氨气组一共富集到了19个通路。与对照组相比,在15 mg/m~3氨气暴露下,牛磺酸代谢、色氨酸代谢和催乳素信号通路受到了影响,这些通路的变化可能与炎症的发生有关;而在38 mg/m~3氨气暴露下,丙酮酸代谢和氧化磷酸化通路受到了影响,表明38mg/m~3氨气暴露对仔猪肺组织的能量代谢影响较大。总之,本研究通过转录组学的技术,结合实验室前期的HE染色结果,从基因表达层面解析了不同浓度的氨气暴露对肺的部分毒性作用。同时,通过转录组-代谢组整合分析方法,揭示了氨气长期暴露对于肺部的物质代谢的影响。研究结果可为解析不同浓度的氨气长期暴露对肺的毒性作用提供一定的理论依据。