不同硒源拮抗高氟诱导的肉鸡肠上皮细胞凋亡的机制研究

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由于含氟矿物饲料添加剂的使用以及自然界中高氟水源的存在,氟中毒对家禽行业造成了严重的经济损失。氟中毒的机制主要是造成过量活性氧的形成,从而加剧细胞凋亡。硒可以通过直接或间接的方式清除活性氧。为探讨亚硒酸钠(sodium selenite,SS)和硒代蛋氨酸(selenomethionine,SM)对高氟(high fluoride,HF)诱导的肉鸡十二指肠和空肠肠上皮细胞过度凋亡的缓解作用及其分子机制,本课题以岭南黄肉鸡为研究对象,通过肠黏膜氧化应激指标测定、肠上皮细胞超微结构观察、肠上皮细胞凋亡水平检测和生产性能统计探究不同硒源对氟诱导的肉鸡十二指肠和空肠肠黏膜氧化应激和细胞凋亡及生产性能的影响;通过测定肠黏膜核转录因子 NF-E2 相关因子 2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2,Nrf2)及其下游抗氧化酶基因的表达,探讨Nrf2通路在不同硒源缓解高氟诱导的肠上皮细胞过度凋亡中的作用。1.不同硒源对高氟诱导的肉鸡肠黏膜氧化损伤和细胞凋亡及生产性能抑制的影响实验选取1 d的健康岭南黄肉鸡720只,随机分为4组(每组6个重复,每个重复30只鸡)。具体分组情况如下:①对照(CON)组:饲喂基础饲粮;②HF组:基础饲粮+氟化钠(NaF)(800 mg/kg氟);③SS组:基础饲粮+NaF(800 mg/kg 氟)+SS(0.15 mg 硒/kg);④SM 组:基础饲粮+NaF(800 mg/kg 氟)+SM(0.15mg硒/kg)。实验期为50d。饲养实验期间,自由采食饮水,按正常免疫程序免疫。每天记录耗料量、死淘鸡数和温度。于50d时,统计各重复耗料、鸡只重和死亡数,并计算日增重、日采食量和料重比。然后每重复选体重相近公鸡2只,进行屠宰实验,并取肠道样品进行分析。结果表明:(1)氧化应激指标:与CON组相比,HF组显著提高了(P<0.05)肉鸡十二指肠和空肠肠黏膜活性氧(reactive oxygen species,ROS)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)、8-羟基脱氧鸟嘌呤(8-hydroxydeoxyguanosine,8-OHdG)、蛋白质羰基(Protein carbonyl)和 3-硝基酪氨酸(3-nitrotyrosine,3-NT)的含量。SS 组较 HF 组显著降低了(P<0.05)部分氧化应激指标(十二指肠MDA、8-OHdG和3-NT及空肠 ROS、8-OHdG、Protein carbonyl、3-NT)。SM 组较 HF 组和 SS 组均显著降低了(P<0.05)十二指肠和空肠 ROS、MDA、8-OHdG、Proteincarbonyl 和 3-NT 水平。(2)肠上皮细胞超微结构观察:与CON组相比,肠黏膜微绒毛水肿、稀疏排列紊乱、长短不齐、部分倒伏和脱落及线粒体肿胀、部分线粒体嵴断裂或消失。SM组肠黏膜微绒毛形态、排列和长短及线粒体完整性接近对照组水平;而SS缓解肠黏膜微绒毛和线粒体损伤的效果不如S M。(3)线粒体膜电位(mitochondrial membrane potential,MMP):与 CON 组相比,HF组显著降低了(P<0.05)十二指肠和空肠肠黏膜MMP。SS组和SM组MMP显著高于(P<0.05)HF组,且SM组效果最佳。(4)细胞凋亡相关指标:与CON组相比,HF组显著(P<0.05)提高了十二指肠和空肠肠黏膜半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(cysteinyl aspartate specific proteinases3,Caspase-3)和细胞凋亡率及降低了十二指肠和空肠肠黏膜B细胞淋巴瘤2(b-cell lymphoma-2,Bcl-2)含量。与HF组相比,SS组显著(P<0.05)提高了十二指肠和空肠肠黏膜Bcl-2水平及降低了十二指肠肠黏膜Caspase-3水平;SM组显著(P<0.05)降低了十二指肠和空肠肠黏膜Caspase-3含量和细胞凋亡率及提高了十二指肠和空肠肠黏膜Bcl-2含量。SS组与SM组十二指肠肠黏膜Bcl-2及空肠肠黏膜Caspase-3、Bcl-2和细胞凋亡率达到差异显著水平(P<0.05)。(5)生产性能:与CON组相比,HF组显著(P<0.05)降低了肉鸡50d均重、21-50 d 和 1-50 d 平均日增重(average daily gain,ADG)及提高了 21-50 d 和 1-50 d饲料转化率(feed conversion rate,FCR)。SS组和SM组较HF组显著(P<0.05)提高了肉鸡 50d 均重、21-50d 和 1-50d ADG 及降低了 21-50d 和 1-50d FCR,且 SM组效果最佳,并与SS组达到差异显著水平(P<0.05)。2.Nrf2通路在不同硒源拮抗高氟诱导的肉鸡肠上皮细胞过度凋亡中的作用研究在上述实验的基础上,进一步考察不同硒源是否通过影响Nrf2信号通路实现对高氟诱导的肉鸡肠上皮细胞过度凋亡的不同缓解作用。实验设计和分组及取样同上。结果表明:(1)Nrf2基因表达:HF组较CON组显著降低了(P<0.05)十二指肠和空肠肠黏膜 Nrf2 mRNA(messenger ribonucleotide acid,mRNA)和核蛋白相对表达量。与HF组相比,SS组显著提高了(P<0.05)空肠肠黏膜Nrf2 mRNA和十二指肠肠黏膜Nrf2核蛋白水平;S M组显著提高了(P<0.05)十二指肠和空肠肠黏膜Nrf2 mRNA和核蛋白相对表达水平。SM组十二指肠和空肠肠黏膜Nrf2 mRNA相对表达量及空肠肠黏膜Nrf2核蛋白相对表达水平显著高于(P<0.05)SS组。(2)Nrf2下游抗氧化酶基因mRNA水平:与CON组相比,HF组显著(P<0.05)降低了十二指肠和空肠肠黏膜血红素加氧酶-1(heme oxygenase-1,HO-1)、NAD(P)H 醌氧化还原酶(NAD(P)H dehydrogenase quinone 1,NQO1)、过氧化氢酶(catalase,CAT)、铜锌超氧化物歧化酶(CuZn superoxidedismutase,CuZn-SOD)和锰超氧化物歧化酶(Mn superoxide dismutase,Mn-SOD)mRNA相对表达量。与HF组相比,SS组显著(P<0.05)提高了部分抗氧化酶基因(十二指肠肠黏膜HO-1、CAT和Mn-SOD 及空肠肠黏膜 HO-1、NQO1、CuZn-SOD和Mn-SOD)mRNA相对表达水平;SM组显著(P<0.05)提高了十二指肠和空肠肠黏膜HO-1、NQO1、CAT、CuZn-SOD和Mn-SOD mRNA相对表达量。SM组较SS组显著(P<0.05)提高了十二指肠和空肠肠黏膜HO-1、NQO1、CAT、CuZn-SOD和Mn-SOD mRNA相对表达水平。(3)Nrf2下游抗氧化酶的表达:与HF组相比,SS组十二指肠CAT、总超氧化物岐化酶(total superoxide dismutase,T-SOD)和空肠 NQO1、HO-1、T-SOD 酶水平显著显著上升(P<0.05);SM组十二指肠和空肠NQO1、HO-1、CAT、T-SOD酶水平显著上升(P<0.05)。SM组较SS组,十二指肠和空肠NQO1、HO-1、CAT、T-SOD酶水平均显著上升(P<0.05),但十二指肠T-SOD酶水平仅有上升趋势,无显著性差异性(P>0.05)。综上所述,饲粮中添加高氟可诱导十二指肠和空肠肠黏膜ROS的过量产生,进而引起肠黏膜生物大分子氧化损伤,从而破坏肠上皮细胞线粒体结构,最终提高肠上皮细胞凋亡率,导致肉鸡生产性能降低。饲粮中添加SM可通过激活十二指肠和空肠Nrf2通路,促进其下游抗氧化酶的基因表达,进而拮抗高氟诱导的肠道氧化应激,最终降低肠上皮细胞凋亡率和提高肉鸡生产性能。我们的实验结果也表明在激活空肠Nrf2通路及缓解高氟诱导的肉鸡空肠肠上皮细胞过度凋亡和生产性能降低方面,SM的效果优于SS。研究结果的应用可为SM肠黏膜屏障保护作用和提高饲料养分利用率的挖掘提供理论依据。
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