唾液酸乳糖对断奶仔猪肠道屏障的保护作用及其机制研究

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断奶是新生仔猪面临的最大应激之一。断奶仔猪因缺乏母源性被动免疫的保护,极易遭受各种病原菌感染,导致肠道屏障损伤、免疫系统功能紊乱、生产性能降低。在过去的几十年里,抗生素被广泛使用以防止断奶仔猪腹泻和肠道屏障损伤。然而在当前“全面禁抗”的背景下,如何保护断奶仔猪肠道健康是行业面临的重大挑战。唾液酸乳糖(SL)是乳寡糖的主要成分之一,是一种由N-乙酰-神经氨酸(Neu5Ac)单元与乳糖的半乳糖单元相连的化合物,具有抗菌、抗病毒、抗炎等生物活性。为探究SL在断奶仔猪上的应用效果及其作用机理,本研究以产肠毒素大肠杆菌(ETEC k88)攻毒仔猪为模型,研究SL对仔猪肠道屏障的保护作用,并通过体外试验进一步探讨SL缓解肠道屏障损伤的机制。试验一SL对ETEC攻毒仔猪生长性能、免疫功能和肠道屏障功能的影响选取32头21日龄、初始体重6.66(±0.14 kg)的“杜×长×大”三元杂交猪,随机分为4个组(n=8):对照组(基础饲粮,CON)、ETEC攻毒组(基础饲粮+ETEC)、SL组(基础饲粮+SL)ESL组(基础饲粮+ETEC+SL)。试验第26天,CON和SL组仔猪灌服100 ml无菌培养基,其余各组仔猪均灌服等量ETEC菌液(1×1010 CFU/m L)。试验第29天,所有仔猪灌服D-木糖(0.1 g/kg体重),1小时后采集血清和肠道样品。结果表明:饲粮添加SL提高了ETEC攻毒仔猪的ADG和F:G(P<0.05);饲粮中添加SL显著提高了攻毒仔猪血清免疫球蛋白(Ig A、Ig G和Ig M)浓度,同时显著降低了血清炎症因子(TNFα、IL-1β和IL-6)浓度及DAO活性和D-乳酸浓度(P<0.05);饲粮添加SL显著提高仔猪空肠和回肠绒毛高度、绒隐比(V/C),以及粘膜蔗糖酶和麦芽糖酶活性(P<0.05);饲粮添加SL可提高仔猪十二指肠和空肠上皮紧密连接蛋白ZO-1丰度;显著增加ETEC攻毒仔猪空肠G2期细胞数量,降低攻毒仔猪空肠上皮细胞早期、晚期和总凋亡率(P<0.05)。饲粮添加SL提高了ETEC攻毒仔猪粘膜s Ig A阳性细胞数量,显著降低炎性因子(TNFα、IL-1β和IL-6)及炎症信号通路关键分子(TLR4、My D88和NF-κB)表达水平(P<0.05)。此外,饲粮添加SL显著增加仔猪盲肠和结肠食糜乳酸菌、芽孢杆菌和双歧杆菌等有益菌数量(P<0.05),以及微生物代谢产物(乙酸、丙酸、丁酸)浓度(P<0.05)。上述研究表明:SL可缓解ETEC攻毒造成的仔猪肠道屏障损伤,其机制可能与抑制炎性细胞因子的分泌、提高血清免疫球蛋白水平、改善肠上皮功能和微生物区系等有关。试验二SL通过抑制NF-κB信号通路缓解LPS诱导的IPEC-J2细胞损伤NF-κB信号通路在调节肠道炎症反应中发挥重要作用,试验一发现SL可缓解ETEC攻毒引起的肠道屏障炎性损伤。然而,SL缓解肠道屏障炎性损伤是否与抑制NF-κB信号通路有关尚不清楚。本试验利用LPS构建了空肠上皮细胞体外炎症模型,在此基础上进一步探索了SL在缓解肠道屏障炎性损伤中的作用和机制。试验分为四个处理,即对照组(CON)、SL处理组(5 mg/m L SL 12h)、LPS处理组(5μg/m L LPS 6h)、SL+LPS处理组(5 mg/m L SL 12h+5μg/m L LPS 6h),结果表明:LPS攻毒降低细胞中紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的表达水平,并显著增加炎性细胞因子(IL-1、IL-6和TNF-α)和炎症信号通路关键分子(TLR4、My D88和NF-κB)表达量水平(P<0.05);SL预处理可抑制LPS与IPEC-J2细胞结合,显著增加LPS诱导的IPEC-J2细胞紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的基因表达量,并降低炎性细胞因子(IL-1、IL-6和TNF-α)以及TLR4和My D88表达水平(P<0.05);LPS攻毒显著提高了IPEC-J2细胞的早期、晚期和总凋亡率;上调细胞凋亡相关基因Caspase 8和Caspase 9的表达水平(P<0.05);而SL预处理可显著降低LPS攻毒细胞早期凋亡率和总凋亡率;下调Caspase 9基因表达水平(P<0.05);SL预处理可显著降低LPS攻毒细胞IκBα和NF-κB p65的磷酸化水平(P<0.05)。上述结果表明:SL可以通过抑制NF-κB活化,减少炎性细胞因子分泌和细胞凋亡,从而缓解肠上皮细胞炎性损伤。上述研究结果表明:SL可以通过抑制LPS与IPEC-J2细胞结合,抑制NF-κB信号通路活化,减少肠上皮细胞炎症因子释放,进而缓解LPS导致的炎性损伤。综上所述:饲粮添加SL可改善ETEC感染仔猪的生长性能和肠道屏障功能。SL对仔猪肠道上皮屏障的保护作用与其抑制炎症信号通路关键分子IκBα和NF-κB的活化、降低肠上皮细胞炎性因子分泌、减少上皮细胞凋亡有关。
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