α-酮戊二酸缓解仔猪肠黏膜受损的作用及机制研究

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肠道是营养物质消化吸收的主要场所,肠道健康与否将直接影响动物对营养物质的吸收利用,特别对幼龄仔猪而言,肠道功能受损会引起机体的免疫功能减弱、抗病力下降,进而影响其生长、发育及健康状况。当前,由各种因素(如环境应激,、肠道微生态平衡失调等)导致仔猪肠黏膜受损并引发肠道功能紊乱一直是养猪生产中亟待解决的难题,而营养调控是解决这一难题最安全有效的方法之一。α-酮戊二酸(α-ketoglutarate,AKG)作为谷氨酸和谷氨酰胺的前体及三羧酸循环中的中心分子,是一种新型的营养调控因子,在维护动物肠道健康方面发挥重要作用。因此,本研究拟采用猪小肠上皮细胞体外培养试验与断奶仔猪为动物模型的体内试验相结合的方法,建立脂多糖(LPS)诱导仔猪肠黏膜和肠上皮细胞系受损模型,探讨AKG缓解LPS对猪小肠黏膜生长、吸收功能及屏障功能损害过程中的具体作用,从能量代谢、炎症通路和自我解毒信号通路等多方面探讨AKG缓解肠黏膜受损的分子机制。  体内试验:  选取21日龄、平均体重6.20±0.11 kg健康的三元杂交(杜×长×大)断奶仔猪32头,按公母各半、体重相近的原则随机分为4个组,每组8个重复。试验采用2×2试验设计,主要影响因子为日粮处理(基础日粮或1% AKG日粮)及LPS攻毒(LPS或生理盐水)。试验期为30天,在试验第22、25、28和30天时,各组分别腹腔注射LPS(100μg/kg BW)或同体积等量生理盐水。试验结果显示:  1)日粮添加AKG可显著提高仔猪断奶后一周左右的生长性能,但对后期生长性能影响不显著。LPS诱导仔猪肠黏膜受损后,AKG可显著降低仔猪腹泻频率,改善仔猪生长性能及肠道形态,调节血清常规生理生化指标水平和炎症细胞因子的分泌,促进血清游离氨基酸的利用,提高小肠各肠段营养信号转运载体的表达。  2) LPS诱导仔猪肠黏膜受损,造成小肠上众多基因和信号通路的显著变化,而AKG的添加能够对肠道内的生物过程、细胞定位和分子功能做出相应地调整。经检测发现,在LPS应激条件下,日粮添加AKG可有效地调节仔猪血清中各离子电解质的浓度,提高小肠各肠段水通道、肠道黏膜紧密连接基因和蛋白的表达,但显著降低各肠段离子转运载体基因和蛋白的表达。  3) AKG的添加有效调节仔猪受损肠黏膜内炎性细胞因子的释放以及表达,激活AMPK信号通路,调控能量代谢,显著抑制NF-κ3蛋白的磷酸化及其下游靶蛋白的表达,一定程度上增强了PXR信号和其下游目标基因CYP450的转录。  体外试验:  选取猪肠上皮细胞系(IPEC-J2)作为研究对象,建立LPS诱导IPEC-J2细胞损伤模型,利用特异性AMPK抑制剂(Compound C)靶向阻断AMPK信号通路和PXR特异性激活剂(利福平)激活PXR信号通路等方法,分别研究AKG缓解LPS对猪肠上皮细胞屏障功能损害过程中的作用机制。结果显示:  1)利福平作为PXR的特定配体,可明显激活肠细胞内PXP蛋白表达。单独添加AKG或与利福平联合添加,均显著提高了IPEC-J2细胞内PXR及其下游关键基因和蛋白的表达水平,同时显著增加了细胞色素P450中CYP3A4和CYP3A5氧化酶的活性。  2) AMPK抑制剂有效地抑制了IPEC-J2细胞内AMPK蛋白表达。在LPS应激条件下,AMPK抑制剂的存在可显著抑制肠细胞内AMPK蛋白的表达,AMPK抑制剂缺失时,AKG的添加可显著提高AMPK信号通路中关键基因和蛋白的表达水平。  3)在LPS诱导IPEC-J2细胞损伤模型中,2mM AKG可显著降低炎症细胞因子的表达和分泌,抑制细胞凋亡,提高肠上皮细胞内外的氨基酸利用率和细胞内CYP3A4和CYP3A5氧化酶的活性,对细胞周期的生物进程起积极作用。同时,外源添加AKG对IPEC-J2细胞中α-酮戊二酸脱氢酶的表达,以及对AMPK、PXR和NF-κB信号通路的调控结果与体内试验结果相一致。  总之,本研究系统分析了AKG的添加缓解仔猪肠黏膜受损的作用及其调控机制,揭示了AKG通过调节内源AKG和机体营养物质消化吸收,激活AMPK信号通路,调控能量代谢,抑制了LPS诱导的NF-κB激活,一定程度上增强了PXR信号,抑制炎性细胞因子的分泌和过量表达,促进细胞色素P450的转录,从而缓解肠黏膜的损伤和提高肠道免疫力。这些结果为通过寻找新的抗生素替代物和营养干预仔猪肠道生长发育具有提供重要的理论和实践意义依据。
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