猪出生后生长迟缓与肠道激素、免疫和抗氧化功能受损相关

摘要

介绍

出生后生长迟缓（PGR）仔猪是指未能实现其遗传决定的生长潜力的仔猪(1). PGR与体重减轻以外的终身后果相关，包括代谢紊乱和免疫功能受损(2). 宫内生长受限（IUGR）猪的肠道微生物群也表现出较低的多样性和不同的分类丰度(三). 虽然PGR的可能原因已经讨论过，例如胎盘功能不全(4)、病原体负荷(5)，肠粘膜屏障功能障碍(6)、父母遗传中断(7)和异常的母体乳分泌程序(8)对于PGR猪和正常生长猪之间的共同标记物的评估，问题基本上仍未解决。重要的是要寻求可能的干预目标，以提高表现不佳的仔猪的生长，确保断奶后的良好生长速度(9，10).

血液特征，如急性期蛋白，已用于评估猪群健康、免疫状态和猪的生长潜力(11，12). 生长迟缓儿童和健康儿童的血糖浓度存在显著差异，胎儿生长受限儿童的某些氨基酸显著降低(13). IUGR儿童和仔猪的多种激素水平，如生长激素（GH）、甲状腺素（T4）和瘦素（LEP）也发生了变化(14，15). 这些合成代谢激素在许多生物活动中发挥重要作用，包括细胞存活、器官成熟、抗炎和抗氧化(16，17). 限制蛋氨酸的摄入可以提高IUGR猪的胰岛素敏感性(18). 因此，PGR出生后发育过程中其分泌或功能的紊乱会导致组织生长和功能的长期变化，并产生持续的有害影响(15). 据报道，IUGR猪的抗氧化能力受损，免疫系统紊乱(19，20). 血清促炎细胞因子水平的升高，如白细胞介素-8（IL-8），反映了猪的严重炎症反应(21，22).

因此，我们假设血液剖面的变化、异常的肠道激素分泌、免疫功能障碍和抗氧化能力的降低可能与猪的PGR有关。本研究旨在比较PGR猪与健康猪在血液参数、肠道激素谱、抗氧化能力和免疫反应方面的差异，为动物和人类调节PGR提供有价值的靶点。

材料和方法

结果

血浆细胞因子

IL-6、IL-1β、IL-8和TGFβ的血浆浓度显著升高(P（P）与健康猪相比，PGR猪<0.05）。PGR中IL-10、IL-12、TNFα和IFNγ的血浆浓度不受影响(P（P）> 0.05) (图1).

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图1

健康猪（对照组）和出生后生长迟缓猪（PGR）的血浆细胞因子浓度。数据表示为平均值±SEM。n个= 6. *P（P）与健康猪相比<0.05。

血清抗氧化指数

T-AOC、SOD、MDA、GSH-PX、GST、NO和TNOS的血清浓度见图2与健康猪相比，PGR猪的血清T-AOC、SOD、GSH-PX和TNOS浓度降低，但MDA浓度显著升高(P（P）< 0.05). 然而，两组之间的血清GST和no浓度没有差异(P（P）> 0.05).

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图2

健康猪（对照组）和产后生长迟缓猪（PGR）的血清抗氧化能力。数据表示为平均值±SEM。n个= 6. *P（P）与健康猪相比，<0.05。

肠道激素、免疫和抗氧化相关基因的相对mRNA表达

激素相关基因的相对mRNA表达如图3; 前列腺素受体诱导的mRNA水平降低IGF-1型，生长激素受体(GHR公司)、胆囊收缩素(CCK公司)，5-羟色胺转运体(SERT公司)和胰高血糖素样肽1受体(GLP-1R型)空肠和回肠粘膜与健康猪的比较(P（P）< 0.05). 与健康猪相比，胰岛素样生长因子-1受体的相对mRNA水平(IGF-1R型)，生长激素释放肽(GHRL公司)，和5-羟色胺受体4(5-HTR4型)空肠粘膜明显低于PGR猪(P（P）<0.05），而AgRP公司和胰岛素受体(INSR公司)在PGR猪回肠粘膜中下调(P（P）< 0.01). 然而，PGR显著增加不锈钢回肠粘膜中的水平与健康猪的比较(P（P）< 0.01).

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图3

健康猪（对照组）和出生后生长迟缓猪（PGR）空肠和回肠粘膜中激素相关基因的相对mRNA丰度。数据表示为平均值±SEM，n个=6*P（P）与健康猪相比<0.05**P（P）与健康猪相比，<0.01。

如所示图4，mRNA的相对表达白介素-1β,IL-4、IL-6、IL-8、IL-10、IFNγ、 toll样受体4(TLR4型)和髓系分化初级反应88(我的D88)在空肠粘膜和白介素-10和干扰素与健康猪相比，PGR中回肠粘膜中的γ下调(P（P）< 0.05).

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图4

健康猪（对照组）和出生后生长迟缓猪（PGR）空肠和回肠粘膜中细胞因子的相对mRNA丰度。数据表示为平均值±SEM，n个= 6. *P（P）与健康猪相比，<0.05。

在空肠粘膜中，核因子样-2的相对mRNA表达(编号2)，血红素加氧酶1(HO-1型)，NAD（P）H脱氢酶1(NQO1号机组)雷帕霉素激酶的机制靶点(mTOR公司)，真核翻译起始因子4E结合蛋白1(第4期EBP1)和核糖体蛋白S6激酶β-1(P70S6K系列)显著减少(P（P）与健康猪相比，PGR猪<0.05）。在回肠黏膜中，PGR猪的丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶表达较低(阿克特),mTOR，4EBP1，P70S6K、和NQO1号机组mRNA水平高于健康猪(P（P）< 0.05) (图5).

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图5

健康猪（对照组）和出生后生长迟缓（PGR）猪空肠和回肠粘膜中抗氧化相关基因和mTOR信号通路的相对mRNA丰度。数据表示为平均值±SEM，n个=6*P（P）与健康猪相比，<0.05。

讨论

PGR导致饲料利用效率降低和死亡率增加(26)在养猪业中很常见。几项研究表明，与较重的PGR相比，PGR的生长性能较差(2，27). 研究表明，PGR可导致单个器官的异速生长(28). PGR猪肝、脾、肾相对重量的变化与IUGR羔羊肝、脾和肾相对重量下降而肾相对重量增加，低出生体重仔猪脾相对重量增加的报道一致(2，28). 许多研究表明，肝脏相对重量的减少表明肝脏有促炎信号，脾脏相对重量的增加可能与高度炎症反应有关，如抗炎细胞因子的分泌增加(29，30). 血液尿素氮、氨、C4等生化指标的变化在一定程度上反映了器官的损伤(31). 过度炎症激活可能导致肝脏损伤(32). PGR猪血清丙氨酸转氨酶升高反映了肝脏完整性下降，这与之前的研究一致，即脂多糖注射引起的严重炎症导致小鼠血清丙氨酸转氨酶活性升高(33). 此外，PGR猪的血清葡萄糖显著降低。葡萄糖是胎儿生长的主要能量来源，能量限制会导致可预测的生长减退(28). 在免疫方面，PGR猪表现出较高的血浆IgG浓度和一些炎性细胞因子。血清IgG升高可能表明生物体存在毒性或氧化损伤(34，35).

激素在生长和器官成熟的调节中起着至关重要的作用。PGR中激素水平及其受体活性的变化可能会对器官发育和功能产生持续影响(36). 据报道，IUGR新生儿的激素水平与非IUGRs不同(36). 在我们的研究中，对健康猪和PGR猪的激素水平及其受体活性进行了测试，尤其是肠道激素，如5-HT、LEP，发生了显著变化。这表明肠道激素可能是导致PGR的关键因素之一。生长激素是调节生长和新陈代谢的关键因素(37). GH的多功能作用取决于GHR的丰度(37). 在我们的研究中，健康猪和PGR猪之间的GH水平没有显著差异，但表达量减少GHR公司在PGR猪中观察到。这表明GHR公司但GH的分泌不起作用。此外，许多研究表明IGF-1在不同动物的器官发育中起着重要作用。例如，IGF-1系统与小鼠的新生儿生长有关(38)，大鼠肝脏发育(39)，猪的乳房成熟(40)和鸡的骨重塑(41). IGF-1和GLP-1还控制胃肠道发育，抑制哺乳动物细胞凋亡，增强抗炎和抗氧化能力(17，36，42). 在我们的研究中，IGF-1的血清浓度和IGF-1、IGF-1R、和GLP-1R型与健康猪相比，PGR猪的肠粘膜中的蛋白质含量降低。这与之前的研究一致，即在IUGR猪中观察到GLP-1的血浆浓度降低和IGF-1的低循环水平(17，43). IGF-1和GLP-1缺乏导致肠粘膜成熟延迟，如肠屏障功能受损和刷状边界酶活性降低，这可能是PGR的主要致病因素之一(43，44). 此外，在我们的研究中，PGR猪血清中T4水平升高可能导致氧化剂产生增加和线粒体氧化损伤(45). 5-HT是胃肠道和其他器官系统的重要调节因子。肠源性5-HT参与各种生物过程，包括肠道运动和液体分泌(46)，免疫反应(47)和骨骼发育(48). 5-HT对肠运动神经元的作用由5-HT受体（如5-HT4R）转导，5-HT主要在胃肠组织中表达(49，50). SERT决定最终5-HT的可用性，其功能障碍与各种肠道疾病有关(51). 我们的研究表明，PGR降低了血清5-HT水平和5-HT4R型和SERT公司肠粘膜。与之前的报道一致，5-HT信号的改变导致肠道疾病的肠道和肠外症状，例如，下调SERT公司和5-HT4R型诱发功能性肠道疾病，如结肠炎(49，52，53). 肠道激素包括LEP、INS、SS、AgRP、CCK和GHRL，通过控制消化和饱腹感来调节食欲(54，55). AgRP的刺激食欲作用被LEP的分泌抑制，并被GHRL激活(56). CCK通过刺激消化酶的活性来催化营养物质来调节消化，而营养物质被SS分泌抑制(57). 在我们的研究中，我们发现LEP和SS水平升高，但血清中AgRP水平降低CCK、INSR、和GHRL公司与健康猪相比，PGR猪的肠粘膜中存在。这与之前的研究一致，即INSR公司与正常体重的猪相比，IUGR仔猪肠粘膜中的mRNA往往较低(58). 食欲抑制和消化能力受损可能会导致PGR。上述结果可以很好地解释PGR猪肠粘膜成熟延迟的原因。

炎症前细胞因子（包括IL-1β、IL-6和IL-8）是感染期间启动炎症反应所必需的(59). 在本研究中，PGR猪血浆中IL-1β、IL-6、IL-8和TGFβ的浓度显著升高。这与之前的研究一致，激活的免疫反应可导致血浆中细胞因子的高浓度(21). 然而，PGR猪肠粘膜中几种细胞因子的基因表达较低。这反映了PGR猪肠道免疫系统的不成熟，这与一项研究一致，该研究发现IUGR仔猪小肠中细胞因子的相对mRNA表达降低(60).

与PGR猪的免疫功能受损一致，PGR降低了抗氧化能力。氧化应激可能导致仔猪健康状况恶化和生长性能下降(61). 在细胞水平上，活性氧化物质（ROS）过量会导致DNA、蛋白质和内源性脂质的广泛损伤(62). 在PGR中观察到血清MDA浓度升高，这与之前的研究结果类似，即IUGR仔猪肝脏中MDA浓度较高(19). SOD和GSH-PX是可用于评估仔猪抗氧化能力的主要抗氧化酶，它们通过将还原性谷胱甘肽氧化为氧化性谷胱甘肽来去除过氧化氢(63). 在本研究中，PGR猪的SOD和GSH-PX活性显著降低，这与之前的结果一致(2). TNOS和T-AOC反映了非酶抗氧化防御系统和抗氧化酶的水平。PGR诱导的氧化损伤可降低血清中的T-AOC和TNOS活性，这与之前的研究结果一致，即氧化应激导致该酶活性降低(19，64). 根据PGR猪血清中较低的抗氧化水平，抗氧化相关基因的表达较低，包括Nrf2、NQO1、和HO-1型也在PGR猪中观察到。我们进一步检测了Akt/mTOR通路中一些关键基因的表达。结果表明阿克特，mTOR，4EBP1、和P70S6k系列在PGR猪的肠粘膜中表达下调。这表明PGR可能会抑制肠上皮细胞增殖和蛋白质合成(65). PGR猪Akt/mTOR通路mRNA表达异常可能解释了抗氧化能力低下的原因(66).

总之，PGR猪血清丙氨酸转氨酶、尿素氮、血氨、IgG和补体4升高，但葡萄糖和白蛋白降低。此外，在PGR猪中观察到肠道5-HT通路受损和控制消化和肠道成熟的激素分泌异常。此外，PGR猪的血浆IL-1β、IL-6、IL-8和TGFβ浓度较高，血清T-AOC、SOD、GSH-PX和TNOS浓度较低。PGR猪小肠粘膜中几种抗氧化基因的mRNA表达也降低。这些结果表明，PGR表现出异常的激素水平、免疫功能障碍和抗氧化能力下降，这可能有助于调节动物和人类出生后的生长迟缓。

数据可用性声明

数据可从NCBI获取，编号为{“类型”：“entrez-geo”，“属性”：{“文本”：“GSE136777”，“term_id”：“136777”、“extlink”：“1”}}GSE136777。

道德声明

该动物研究由中国科学院亚热带农业研究所动物伦理委员会审查批准（2013020）。

作者贡献

MQ、BT和YY设计了实验。MQ和JW进行了实验。SL和JL帮助进行了动物实验。MQ分析了数据并编写了原始草稿。YL和BT修改了手稿。所有作者阅读并批准了最终手稿。

致谢

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脚注

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