呕吐毒素危害断奶仔猪生长性能和肠道健康的机制研究

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霉菌毒素是一类由真菌产生的有毒有害次级代谢产物。目前已鉴定的霉菌毒素有500多种,其中呕吐毒素(DON)、黄曲霉毒素B1(AFB1)和玉米赤霉烯酮(ZEN)是污染饲料的主要霉菌毒素。在当前全球变暖的趋势下,农作物被霉菌毒素污染的风险也在增加,严重危害畜禽健康。因此,监测饲料中常见霉菌毒素的发生情况,同时开展主要霉菌毒素致畜禽危害的新毒理机制的研究,对防控霉菌毒素对畜禽生产和人类食品安全的危害具有重要意义。此外,我们的调查研究结果显示,我国猪配合饲料中DON的超标率高达8.9%,摄入被DON污染的饲料会引起畜禽厌食、呕吐,危害畜禽健康和生产。猪对DON最为敏感,摄入高浓度DON会导致猪肠道炎症及细胞坏死,粘膜上皮细胞屏障损坏,从而影响肠道对营养物质的吸收,进而危害猪的健康。这也是饲料中DON污染加剧仔猪断奶后腹泻的重要诱因之一。但是,DON致猪肠道出现上述损伤的机制未得到完全阐明。因此,进一步解析DON致猪肠道损伤的毒理机制,可为防治DON致猪的危害提供新的理论依据。本研究分为以下三个部分进行。第一部分:我国饲料中常见霉菌毒素污染情况的调查2018年至2020年,从我国不同地区的饲料公司和养殖场共收集了3507份检测样本,包括2090份饲料原料和1417份配合饲料。分析了这些饲料样本中常见的霉菌毒素AFB1、DON和ZEN。结果显示:1)饲料中AFB1、DON和ZEN的阳性率分别为81.9%-100%、96.4%-100%和96.9%-100%;饲料中AFB1、DON和ZEN的平均污染浓度为1.2–27.4μg/kg、458.0–1,925.4μg/kg和48.1–326.8μg/kg。2)值得注意的是,饲料原料中AFB1、DON和ZEN的超标率分别为0.9%、0.5%和0.1%,而猪、禽和反刍动物配合饲料中AFB1、DON和ZEN的超标率分别为1.2%–12.8%、0.9%–2.9%和0%–8.9%。3)此外,超过81.5%的饲料原料和95.7%的配合饲料同时被上述两种或三种霉菌毒素联合污染。本研究结果显示,2018-2020年期间,我国饲料原料和配合饲料中普遍存在AFB1、DON和ZEN的单独和联合污染情况。因此,在饲料加工和畜牧养殖中,严格监控饲料中霉菌毒素的发生情况和实施有效防控措施至关重要。第二部分:呕吐毒素对断奶仔猪生长性能和肠道健康的影响本试验选取21头21日龄雄性去势杜长大三元杂交仔猪,随机分为3个处理组,每组7个重复,每个重复1头猪。仔猪分别饲喂基础日粮、基础日粮+1.0 mg/kg DON和基础日粮+3.0 mg/kg DON。饲养4周后,屠宰仔猪,采集血液、肠道及其内容物用于试验分析。主要试验结果:1)与对照组相比,日粮中添加1.0和(或)3.0 mg/kg的DON可降低(P<0.05)整个试验过程中仔猪的体增重(16.0%-60.8%)和采食量(18.1%-38.7%),同时提高(P<0.05)第1-28天仔猪的料重比(12.8%-33.8%)。此外,与1.0 mg/kg DON组相比,3.0 mg/kg DON组能进一步降低(P<0.05)仔猪的体增重和采食量。2)与对照组相比,日粮添加1.0和3.0 mg/kg的DON均能对仔猪十二指肠、空肠和回肠造成不同程度的损伤,主要包括绒毛断裂脱落、固有层水肿、炎性细胞增多等病理症状。此外,日粮添加1.0和3.0 mg/kg的DON均能显著增加(P<0.05)仔猪血清中内毒素(21.7%-24.3%)的浓度。CARD-FISH试验表明,DON能显著增加(P<0.05)仔猪肠道组织中微生物的含量。3)与对照组相比,日粮中添加1.0和3.0 mg/kg的DON显著升高十二指肠、空肠和回肠中丙二醛(17.5%-86.4%)和蛋白质羰基含量(58.1%-170.1%)(P<0.05)。4)16S r RNA测序结果显示,仔猪采食DON显著改变了(P<0.05)其十二指肠、空肠和回肠中的菌群结构,主要包括放线菌、蓝细菌、厚壁菌和变形菌的菌群失调。5)与对照组相比,日粮中添加1.0 mg/kg DON和(或)3.0 mg/kg DON能显著上调(P<0.05)十二指肠中铁死亡信号通路中关键基因Dmt1、Fth1和Ftl及下调(P<0.05)Steap3、Fsp1、Cisd1和Lpcat3 m RNA的表达;WB结果显示,1.0 mg/kg DON和3.0 mg/kg DON均不显著影响十二指肠STEAP3和ACSL4蛋白的表达(P>0.05),但是显著升高了十二指肠中DMT1(19.0-28.5%)、FTH1(98.6%-99.7%)和FTL(28.7%-53.1%)蛋白的表达(P<0.05)和降低了FPN(27.9%-31.6%)和FSP1(41.0%-46.3%)蛋白的表达(P<0.05)。第三部分:铁死亡信号通路介导DON致仔猪肠上皮细胞毒性的机制研究第二部分试验结果表明,铁死亡信号通路可能在介导DON致仔猪肠损伤中发挥重要作用。因此,我们选择猪小肠上皮细胞IPEC-J2为研究对象,铁离子螯合剂DFP和基因沉默表达技术,探究铁死亡信号通路在DON诱导仔猪肠道损伤中的作用与机制。试验主要研究结果:1)与对照组相比,培养基中添加500μg/L DON能降低(P<0.05)IPEC-J2的细胞活力,而培养基中添加20μM铁离子螯合剂DFP能够缓解(P<0.05)DON对IPEC-J2的细胞毒性。此外,与对照组相比,DON显著上调了(P<0.05)DMT1、STEAP3、ACSL4和FTL蛋白在IPEC-J2细胞中的表达,而DFP添加能拮抗(P<0.05)DON诱导的ACSL4和FTL蛋白在IPEC-J2细胞中表达的变化。2)通过siRNA技术抑制Ftl基因在IPEC-J2细胞表达后,也可以缓解DON诱导的IPEC-J2细胞毒性。总结:1)2018-2020年期间,我国饲料中AFB1、ZEN和DON单独和联合污染都很严重;2)日粮中添加1.0和3.0 mg/kg DON均能显著损害仔猪生长性能,与其损伤仔猪肠道健康相关;3)DON诱导仔猪肠道菌群生态失衡以及肠道细胞发生铁死亡是其导致仔猪肠道损伤的重要原因。
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