蛋氨酸限制及添加蛋氨酸羟基类似物对小鼠肠道炎症和物理屏障功能的影响

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蛋氨酸(Methionine,Met)作为畜禽必需氨基酸,在机体中具有广泛而重要的生物学功能。Met的代谢产物S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine,SAM)和S-腺苷同型半胱氨酸(S-adenosyl-homocysteine,SAH)可以影响机体甲基化水平进而对机体功能产生影响。常用的可提供Met的饲料添加剂包括DL-Met和DL-蛋氨酸羟基类似物(DL-2-hydroxy-(4-methylthio)butanoic acid,DL-HMTBA)。研究表明,日粮Met限制可以通过改变肠道紧密蛋白的表达,改善肠道上皮屏障功能,进而来降低肠道通透性;而HMTBA也被证明对肠道屏障功能具有一定的保护作用。实验室前期在猪小肠上皮细胞发现,DL-HMTBA较L-Met可显著提高紧密连接蛋白Claudin的mRNA表达水平,并且发现该作用可能与RNA m~6A修饰水平降低导致的mRNA稳定性提高有关。然而,在Met限制水平下,以HMTBA作为Met源限制Met摄入,或在Met限制基础上添加HMTBA对肠道上皮屏障功能的影响尚不清楚。因此,本实验通过使用鼠伤寒沙门氏菌致C57BL/6小鼠肠道屏障功能损伤模型,在Met限制以及添加HMTBA条件下,探究肠道Met代谢、肠道屏障功能以及DNA和RNA甲基化水平的变化。主要研究内容和结果如下:本试验采用6-8周雄性C57BL/6小鼠60只,每组12只,随机分为NI(Non-Infected)组、NM(Normal Met)组、MR(Met Restriction)组、HR(HMTBA Restriction)组和MR+H(Met Restriction+HMTBA)组5个试验组,分别饲喂0.86%Met、0.86%Met、0.17%Met、0.17%HMTBA、0.17%Met+0.69%HMTBA日粮46天。试验第42天NI组用PBS灌胃处理,NM、MR、HR、MR+H组用鼠伤寒沙门氏菌感染小鼠,屠宰小鼠并取样,试验期间保证小鼠自由饮水,每天记录采食量,每五天记录小鼠体重变化。感染4天后,屠宰小鼠并取样,检测载菌量、组织炎性因子和紧密连接蛋白表达水平,利用液相质谱联用技术检测Met代谢产物以及m~6A甲基化水平。主要结果如下:1.小鼠体重和采食量:ST感染前,与NM组相比,HR组日采食量和日增重显著降低(P<0.01),而MR+H组日采食量和日增重显著增加(P<0.01)。ST感染后,与NI组相比,四个感染组的体重在感染后第三天均显著降低(P<0.05);与NM组相比,MR+H组体重和采食量显著下降(P<0.05)。以上结果表明,在正常Met水平下,以HMTBA作为部分Met源可以提高生长性能,但该效果不能在ST感染下维持。2.小鼠脏器指数和载菌量:与NI组相比,四个感染组的肝脏和脾脏指数显著升高(P<0.05),内脏与粪便中存在大量细菌;与NM组相比,MR组的肝脏和脾脏指数显著降低(P<0.05),并且内脏中的载菌量显著减少(P<0.05),MR+H组的肝脏和脾脏指数显著升高(P<0.05)。而NM组和MR+H组小鼠内脏和粪便中的载菌量显著高于MR组和HR组(P<0.05)。以上结果表明,以Met或HMTBA作为Met源限制Met摄入均可以缓解ST感染引起的脏器肿大和细菌移位。3.小鼠肠道形态结构及紧密连接蛋白表达:与NI组相比,感染组小鼠的结肠长度明显缩短(P<0.05),固有层存在较多炎性细胞浸润,粘膜层中上皮细胞损伤严重,NM组的ZO-1、Occludin和Claudin在结肠中的mRNA水平均显著下调(P<0.05)。与NM组相比,MR组和HR组的的ZO-1和Occludin在回肠和结肠中的mRNA水平均显著上调(P<0.05),与NM组相比,MR组和HR组的的ZO-1和Occludin在回肠和结肠中的mRNA水平均显著上调(P<0.05)。检测与肠道通透性相关的LPS和D-LC发现,与NI组相比,NM组的LPS和D-LC含量显著增加(P<0.05)。与NM组相比,MR组的LPS含量显著降低(P<0.05),以上结果表明,以Met或HMTBA作为Met源限制Met摄入均可以提高炎症状态下紧密连接蛋白表达,降低肠道通透性。4.肠道炎性因子:与NI组相比,NM组的IL-6、IL-1β和TNF-α在回肠和结肠中的mRNA水平均显著上调(P<0.05),而IL-10在回肠中的mRNA水平显著下调,结肠中无显著差异(P>0.05)。与NM组相比,MR组和HR组的IL-6、IL-1β和TNF-α在回肠和结肠中的mRNA水平均显著下调(P<0.05)。MR组和HR组IL-10在结肠中的mRNA水平均显著高于NM组和MR+H组(P<0.05),MR+H组的IL-10和IL-6在结肠中的mRNA水平显著下调(P<0.05)。以上结果表明,以Met或HMTBA作为Met源限制Met摄入可以缓解ST感染引起的肠道损伤。5.Met代谢产物:与NI组相比,NM组的Met含量在组织和血浆中没有显著差异,MTA、SAH和SAM的含量都出现显著降低(P<0.05)。与NM组相比,MR组和HR组的Met、SAM、SAH和SAM/SAH在结肠和血浆含量显著降低(P<0.05),MR+H组的Met、SAH和SAM/SAH没有显著差异,MR组和HR组的MTA在结肠和回肠含量显著增加(P<0.05)。MR组和HR组的SAH在回肠含量显著降低(P<0.05)。NM组和MR组SAM在回肠含量显著高于HR组和MR+H组(P<0.05),MR+H组的SAM/SAH值在回肠显著高于其他三个感染组(P<0.05)。以上结果表明,以Met或HMTBA作为Met源限制Met摄入可以通过降低Met含量影响体内SAH和SAM的水平。6.甲基化水平:与NI组相比,结肠中的NM组的m~6A和m~5C水平显著降低(P<0.05),回肠中NM组的m~6A和m~5C水平无显著差异。与NM组相比,MR组结肠和回肠中的m~6A水平显著降低(P<0.05)。与NI组相比,NM组的METTL3、YTHDF1和WTAP在结肠的mRNA水平均显著上调(P<0.05)。与NM组相比,MR组的METTL3、YTHDF1和WTAP在结肠和回肠中的mRNA水平显著下调(P<0.05),HR组和MR+H组的METTL3和YTHDF1在结肠和回肠中的mRNA水平显著下调。并且DNA甲基转移酶mRNA水平也表现出相似变化趋势。以上结果表明,以Met或HMTBA作为Met源限制Met摄入提高肠屏障功能可能是通过影响RNA m~6A或DNA m~5C水平实现。综上所述,本研究的主要结论是:1.以Met或HMTBA作为唯一Met源限制Met摄入,可以显著改善由鼠伤寒沙门氏菌引起的肠道屏障功能损害和肠道炎症。其机制可能是低水平HMTBA和Met通过改变机体Met代谢,影响RNA m~6A或DNA m~5C水平进而影响机体肠道屏障功能。2.在Met限制的基础上补充HMTBA到Met正常水平可以提高小鼠的生长性能,但并不能改善鼠伤寒沙门氏菌导致的肠道物理屏障功能受损。
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