纳米氧化锌与纳米硒调控生长相关基因表达及生理指标提升埃及巴拉迪山羊体重与生产性能的研究

《Scientific Reports》：Effect of zinc oxide or selenium nanoparticles on body weight, growth related genes and physiology in Baladi goats

本研究针对提高山羊肉类产量以应对全球动物蛋白需求增长的关键问题，探讨了纳米氧化锌（ZnO-NPs）与纳米硒（Se-NPs）对埃及巴拉迪山羊生长性能的影响。通过给孕晚期至哺乳期山羊补充纳米元素，发现纳米组山羊及其羔羊的体重、日增重显著优于常规元素组和对照组，且生长激素（GH）、胰岛素样生长因子-1（IGF-1）和瘦素（Leptin）基因表达显著上调。生理分析显示ZnO-NPs会引起蛋白质和酯酶同工酶谱改变，而Se-NPs未引起不良生理变化。结果表明，纳米元素可作为安全有效的营养补充策略，为提升反刍动物生产性能提供新途径。

随着全球人口增长和饮食结构升级，动物蛋白需求持续攀升，如何高效、可持续地提高肉类产量已成为畜牧业面临的核心挑战。山羊作为重要的经济畜种，在埃及农业中占据关键地位，其中巴拉迪品种因其适应性强、肉质优良而成为当地农户的主要收入来源。然而，传统饲养模式下山羊生长速度缓慢、产肉效率低，严重制约了生产效益。近年来，纳米技术为动物营养领域带来了革新机遇，纳米尺度的矿物质元素因其高生物利用度和特殊生理活性受到广泛关注，但其在山羊生产中的应用潜力尚未被充分挖掘。

为探究纳米矿物质对山羊生长性能的调控机制，埃及国家研究中心的Ibrahim M. Farag团队在《Scientific Reports》上发表了最新研究，系统比较了纳米氧化锌（ZnO-NPs）和纳米硒（Se-NPs）与常规形式元素对巴拉迪山羊体重、生长相关基因表达及生理指标的影响。研究聚焦于GH-IGF-1-Leptin轴这一调控动物生长的核心通路，旨在为开发高效营养补充方案提供理论依据。

研究团队采用透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）对合成的ZnO-NPs（粒径<100 nm）和Se-NPs（粒径<50 nm）进行表征，确认其晶体结构和纳米特性。将22只孕晚期山羊分为五组，分别通过饮水补充常规ZnO（150 mg）、ZnO-NPs（15 mg）、常规Se（0.3 mg）、Se-NPs（0.03 mg）或不补充（对照组），处理从产前30天持续至羔羊断奶（产后90天）。定期记录母羊和羔羊体重，采集血样分析GH、IGF-1、Leptin基因表达水平，并通过天然蛋白电泳和同工酶谱评估生理状态。

体重变化分析

纳米处理组母羊在分娩时及整个哺乳期均表现出显著更高的体重（P<0.01）。其中，ZnO-NPs组母羊在90天哺乳期结束时平均体重达38.00 kg，显著高于常规ZnO组（36.00 kg）和对照组（33.25 kg）。羔羊生长数据进一步印证了纳米元素的优势：ZnO-NPs组羔羊断奶体重（14.66 kg）和日增重（134.89 g/d）均居各组之首，较对照组提升约35%。值得注意的是，Se-NPs组效果仅次于ZnO-NPs组，表明两种纳米元素均能有效促进生长发育。

基因表达调控

qRT-PCR（定量实时聚合酶链反应）结果显示，纳米元素显著上调了生长相关基因表达。Se-NPs组GH和IGF-1表达量较对照组提高约3倍（P<0.01），且Leptin表达水平也显著高于常规元素组。ZnO-NPs组基因上调幅度略低于Se-NPs组，但仍显著优于常规元素。这一发现揭示了纳米元素通过激活GH-IGF-1轴促进蛋白质合成和细胞增殖，同时通过Leptin调节能量代谢，从而协同提升生长效率的分子机制。

生理安全性评估

生理指标检测发现，ZnO-NPs处理导致天然蛋白质谱带数量减少（相似指数SI=66.67%），脂质相关蛋白和钙结合蛋白谱带发生改变，可能与纳米粒子诱导的氧化应激及蛋白质构象变化有关。然而，关键代谢酶如过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POX）和α-淀粉酶（α-Amy）活性未受影响。

酯酶（EST）同工酶谱显示ZnO-NPs引起α-EST和β-EST条带缺失，而Se-NPs处理组所有生理参数均与对照组无差异，提示Se-NPs具有更优的生物安全性。

本研究首次系统阐明了ZnO-NPs和Se-NPs通过调控GH、IGF-1、Leptin基因表达促进山羊生长的分子机制，同时评估了其生理安全性。纳米元素的高比表面积和细胞渗透性使其能够更高效地参与代谢过程，相较于常规形式显著提升生物利用度。研究结果不仅为纳米营养学在反刍动物生产中的应用提供了实证支持，也为开发低剂量、高效率的饲料添加剂指明了方向。未来需进一步探索纳米元素长期使用的代谢归宿及环境影响，以推动其在水产养殖领域的规模化应用。