基于多组学的炭当归多糖干预鸡肝脏损伤作用机制研究

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鸡大肠杆菌病,危害雏鸡健康的一种常见重要传染病。临床上采用头孢噻呋钠防治时易引发脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)蓄积。前期鸡肝脏损伤药物干预试验研究发现,头孢噻呋钠联合LPS可引发雏鸡明显肝损伤,炭当归多糖的干预效果确切,但其作用机制尚不清楚。本研究以前期鸡肝脏损伤药物干预试验所采样本为对象,首先开展基于UPLC-Q/TOF-MS/MS技术的血清代谢组学研究,采用病理组织学辅助分析,并采用ELISA验证相关代谢通路。然后开展鸡肝脏RNAref转录组学分析,并与代谢组学进行关联分析。另外开展鸡盲肠内容物16S r DNA扩增子测序技术的肠道菌群分析与短链脂肪酸检测及关联分析。分别从代谢层面、基因层面与肠道角度分析了炭当归多糖对头孢噻呋钠联合LPS所致鸡肝脏损伤的干预机制。主要研究结果如下:1.代谢组学研究发现,与肝损伤密切相关的典型代谢物包括脱氧肌苷、L-鹅肌肽、尿苷、肌苷、L-赖氨酸、(4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)-4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸、L-谷氨酸、L-亮氨酸、1-硬脂酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(SOPC)及琥珀酸盐,涉及通路包括亚油酸代谢、m TOR信号通路与氨基酸代谢通路等。与炭当归多糖保肝密切相关典型代谢物为酮异己酸、酮亮氨酸、牛磺酸、L-鹅肌肽、(4Z,7Z,10Z,13Z,16Z,19Z)-4,7,10,13,16,19-二十二碳六烯酸、L-亮氨酸、脱氧肌苷、花生四烯酸、1-硬脂酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(SOPC),推测其保肝机制主要涉及花生四烯酸代谢、亚油酸代谢、m TOR信号通路及氨基酸代谢等。病理组织学发现,模型组鸡肝细胞坏死,细胞核固缩,广泛空泡变性、脂肪变性,胞浆内多数粗面内质网扩张,部分线粒体肿胀,可见自噬。炭当归多糖干预组鸡肝细胞结构较完整,肝细胞变性显著减轻,胞浆中有少量自噬,形态结构接近正常对照组。ELISA验证发现炭当归多糖保肝机制确实与花生四烯酸代谢、m TOR信号通路有关。2.转录组学研究发现炭当归多糖保肝机制主要与花生四烯酸代谢、m TOR信号通路及氨基酸代谢通路有关。对花生四烯酸代谢通路中的差异表达基因分析发现,与正常对照组相比,模型组鸡肝脏中CLIP1表达量显著降低(P<0.05),ULK2表达量显著增加(P<0.05)。炭当归多糖干预组鸡肝脏中PLA2G4EL2表达量显著降低(P<0.05),CYP2J23和CBR3的表达量显著降低(P<0.05)。对m TOR信号通路中的差异表达基因分析发现,与正常对照组相比,炭当归多糖干预组鸡肝脏中LOC107051846的表达量显著升高(P<0.05)。与模型组比较,炭当归多糖干预组鸡肝脏中FZD4、ULK1表达量显著降低(P<0.05)。代谢组学与转录组学的关联分析发现,筛选出的差异代谢物与差异表达基因具有较强相关性,采用R>0.80的代谢物进行通路富集发现,炭当归多糖保肝机制确实与氨基酸代谢通路关系密切。3.肠道菌群与短链脂肪酸研究发现,与正常对照组相比,模型组鸡肠道菌群失调;与模型组相比,炭当归多糖干预组鸡盲肠菌群ace、chao1、observed species和PD whole tree指数显著上升(P<0.05),经分析可能是炭当归多糖对鸡盲肠内菌群微生态有改善作用,菌群多样性和丰富度发生明显变化。推测炭当归多糖的保肝机制可能与部分有害菌、有益菌丰度及拟杆菌门、厚壁菌门比例变化有关。菌群KEGG功能富集发现模型组主要富集于代谢疾病、细胞生长与死亡等方面,炭当归多糖干预组主要富集于氨基酸代谢、细胞生长与死亡、免疫系统等方面。炭当归多糖干预组乙酸、丁酸、总短链脂肪酸含量显著低于模型组(P<0.05),炭当归多糖干预组丙酸、戊酸含量显著低于模型组(P<0.05)和正常对照组(P<0.05)。关联分析发现乳酸杆菌属与戊酸、乙酸、丁酸的生成呈正相关,微杆菌属、SMB53与丁酸、乙酸、丙酸、戊酸的生成呈正相关,颗粒链菌属与乙酸、丙酸的生成呈正相关,链球菌属与丙酸、丁酸的生成呈正相关;瘤胃球菌属与异丁酸、戊酸的生成呈负相关,粪杆菌属与戊酸的生成呈负相关,HA73、W22与丙酸、丁酸的生成呈负相关。综上所述,本研究证实炭当归多糖干预头孢噻呋钠联合LPS诱发鸡肝脏损伤的作用机制与花生四烯酸代谢、m TOR信号通路、氨基酸代谢及调节肝脏细胞自噬密切相关。炭当归多糖可提高鸡盲肠菌群多样性,影响拟杆菌门、厚壁菌门丰度及比例,通过影响乳酸杆菌属、SMB53、微杆菌属等菌群丰度来干预短链脂肪酸含量,可能通过改善鸡盲肠菌群发挥保肝作用。本研究为筛选鸡用保肝药物、保障动物福利与食品安全提供理论依据。
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