酶解小麦蛋白质通过促进肠道干细胞扩增缓解呕吐毒素诱导的小鼠肠道损伤

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呕吐毒素(deoxynivalenol,DON)是全球污染程度最广的霉菌毒素之一,是引起畜禽肠道损伤的常见诱导因子。DON破坏肠道黏膜结构,削弱肠道黏膜屏障和消化吸收功能,导致畜禽生长受阻,给养殖行业带来巨大的经济损失。本研究选用DON诱导小鼠肠道损伤模型,通过灌胃酶解小麦蛋白质(Hydrolyzed Wheat Gluten,HWG),探究其是否可减轻DON对肠道的损伤,并进一步解析其机制,旨在挖掘HWG潜在的利用价值,为其在畜牧生产中的推广应用提供理论指导和技术支撑。试验选取体重相近的4周龄C57BL/6雄性健康小鼠72只,随机分为6个组,每个组12个重复,每个重复1只小鼠。攻毒前3 d,给小鼠灌胃HWG(溶于生理盐水)和同体积的生理盐水。其中对照组(CON)和呕吐毒素组(DON)灌胃生理盐水,保护剂组1(low-dose HWG,LH)、缓解组1(low-dose HWG+DON,LH+D)和保护剂组2(high-dose HWG,HH)、缓解组2(high-dose HWG+DON,HH+D)分别灌胃1000和2000 mg/kg BW(body weight,BW)HWG;攻毒期共7 d,CON组灌胃生理盐水,LH组和HH组分别灌胃1000和2000 mg/kg BW HWG,DON组灌胃2 mg/kg BW DON,LH+D组和HH+D组分别灌胃2 mg/kg BW DON+1000 mg/kg BW HWG和2 mg/kg BW DON+2000 mg/kg BW HWG。攻毒后灌胃情况与攻毒前相同,并于攻毒结束后第3天处死小鼠。统计全期小鼠采食量、饮水量和体重变化,称量十二指肠、空肠和回肠肠重;同时分离空肠隐窝进行体外培养,统计肠道干细胞扩增为类肠团的生成效率和面积;采用HE染色和扫描电镜观察小鼠空肠形态,酶联免疫法(Enzyme-Linked Immunosorbent Assay,ELISA)检测空肠和血清中二胺氧化酶(Diamine oxidase,DAO)和脂多糖(lipopolysaccharide,LPS),Western blotting和Automated capillary western blotting(WES)检测空肠、隐窝和类肠团中Wnt/β-catenin信号通路、增殖分化标志和紧密连接蛋白质表达。结果表明:(1)与DON组相比,灌胃HWG后,小鼠平均日增重和平均日饮水量显著提高(P0.05);(2)与CON组相比,DON组小鼠空肠单位长度重量显著降低(P<0.05)。灌胃HWG后,与DON组相比,小鼠空肠单位长度重量显著增加(P0.05);(3)灌胃HWG后,小鼠空肠绒毛高度、隐窝深度和绒毛高度/隐窝深度均显著高于DON组(P<0.05),LH组效果优于HH组,因此选择CON组、DON组、LH组和LH+D组小鼠分离空肠隐窝,开展干细胞层次的分子机制研究;(4)与DON组相比,LH+D组空肠组织DAO活力和LPS水平显著提高(P<0.05),血清中DAO活力和LPS水平与空肠组织相反。DON组血清DAO活力显著高于CON组和LH+D组(P<0.05),与LH组相比有提高的趋势(P=0.078)。其中DON组血清LPS水平显著高于CON组、LH组和LH+D组(P<0.05);(5)DON组隐窝大部分为杆状,CON组、LH组和LH+D组隐窝大部分为Y字型。DON降低类肠团生成效率(P<0.05),减小类肠团面积(P<0.05)。与DON组相比,HWG则提高类肠团生成效率(P<0.05),增加类肠团面积(P<0.05),HWG能够解除DON对干细胞扩增为类肠团的抑制作用;(6)与CON组相比,DON显著抑制Wnt/β-catenin信号通路,下调空肠、隐窝和类肠团中β-catenin和TCF4蛋白质表达(P<0.05),而HWG能逆转DON的抑制效果(P<0.05);(7)与CON组相比,DON组空肠组织、隐窝和类肠团中的干细胞标志Lgr5、增殖细胞标志Ki67和PCNA蛋白质表达显著降低(P<0.05),细胞分化标志KRT20表达显著降低(P<0.05)。空肠中MUC2+(杯状细胞标志)和LYZ+(潘氏细胞标志)细胞显著降低(P<0.05)。HWG能够对抗DON诱导的干细胞活性和增殖分化能力降低;结论:HWG通过上调Wnt/β-catenin信号通路缓解DON对小鼠肠道干细胞活力的抑制,促进干细胞扩增,提高肠上皮细胞增殖和分化的能力,改善肠道屏障功能,灌胃1000 mg/kg BW HWG优于2000 mg/kg BW。
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