谷氨酰胺可以缓解饲料限制引起的牦牛瘤胃上皮屏障功能损伤

《Animal Nutrition》：Glutamine alleviates feed restriction-induced barrier function injury in yak rumen epithelium

牦牛（Bos grunniens）在青海-西藏高原冬季因饲料短缺导致饥饿，损害瘤胃上皮屏障功能，降低生长性能。本研究通过体内（24头健康牦牛分为对照组、饲料限制组及饲料限制+谷氨酰胺组）和体外（牦牛瘤胃上皮细胞模型）实验，证实饲料限制显著降低血清和瘤胃上皮组织中谷氨酰胺浓度（P<0.05），同时上调炎症因子IL-1β、IL-6和TNF-α（P<0.05），并抑制紧密连接蛋白ZO-1、occludin和claudin-1的表达（P<0.05）。补充谷氨酰胺（1%基础日粮）可有效逆转饲料限制引起的血清渗透性参数（DAO、LPS、D-LA、HIS）异常升高（P<0.001），恢复紧密连接蛋白表达，并通过抑制p38 MAPK、JNK和NF-κB p65磷酸化（P<0.05）来阻断炎症信号通路。添加p38 MAPK/JNK激活剂可拮抗谷氨酰胺的修复作用（P<0.001），表明该通路是谷氨酰胺缓解饲料限制损伤的关键机制。

　　### 解读：通过膳食补充谷氨酰胺缓解牦牛瘤胃上皮屏障损伤的机制研究

牦牛（*Bos grunniens*）是一种在青藏高原上极具重要性的牲畜，不仅为当地牧民提供了重要的经济来源，还对维持高原生态系统的平衡具有重要意义。在寒冷季节，由于牧草产量和质量下降，牦牛常常面临食物短缺的问题，这种状况不仅影响其生长性能，还可能导致瘤胃上皮屏障功能受损，从而引发一系列健康问题。近年来，有研究表明谷氨酰胺（Glutamine, Gln）能够有效缓解肠道屏障损伤，但其在牦牛中的作用机制仍需进一步探索。

#### 研究背景与意义

牦牛是青藏高原上特有的物种，其生存环境具有高海拔、低温、强紫外线等极端条件，这使得它们对营养需求较高。然而，在寒冷季节，由于牧草生长受限，牦牛的营养摄入往往不足，导致生长停滞、体重下降以及较高的死亡率。研究显示，这种营养缺乏不仅影响牦牛的生长性能，还会导致瘤胃上皮屏障功能的破坏，进而引发系统性炎症反应。为了缓解这些问题，科学家们尝试通过膳食补充谷氨酰胺来改善牦牛的健康状况。

谷氨酰胺是动物体内含量最高的氨基酸之一，它在维持肠道屏障功能方面具有重要作用。一些研究表明，谷氨酰胺能够促进肠道发育，增强瘤胃和肠道上皮屏障功能，从而改善动物的生长表现。在其他动物模型中，如小鼠和人类细胞，谷氨酰胺已被证明可以减少炎症因子的分泌，并提高紧密连接蛋白（tight junction proteins, TJ）的表达。这些发现促使科学家们进一步研究谷氨酰胺在牦牛瘤胃上皮屏障修复中的作用。

#### 研究方法

本研究采用了体内和体外相结合的实验设计，以全面评估谷氨酰胺对牦牛瘤胃上皮屏障功能的影响。在体内实验中，24头健康的31月龄牦牛被随机分为三组：对照组（Con，自由采食基础饲料）、饲料限制组（FR，每天仅提供基础饲料的50%）以及饲料限制加谷氨酰胺组（FR + Gln，在前一个月仅提供基础饲料的50%，第二个月在饲料中添加1%的谷氨酰胺）。实验持续了75天，包括适应期和正式实验期。在体外实验中，研究人员使用了牦牛瘤胃上皮细胞（YRECs），通过模拟饲料限制和谷氨酰胺缺乏的条件，进一步探讨谷氨酰胺对TJ蛋白表达和炎症反应的影响。

为了确保实验的科学性和可重复性，所有实验均遵循动物伦理规范，并通过了四川农业大学动物实验伦理委员会的批准。在实验过程中，研究人员记录了牦牛的体重变化、饲料摄入量以及血清中的相关指标，如谷氨酰胺浓度、通透性参数（包括二胺氧化酶DAO、D-乳酸D-LA、脂多糖LPS和组胺HIS）等。此外，还通过透射电镜（TEM）、实时荧光定量PCR（RT-qPCR）、Western blot和免疫荧光等技术，分析了TJ蛋白的表达情况和炎症因子的变化。

#### 实验结果与分析

研究结果显示，饲料限制显著降低了牦牛的平均日增重（ADG）和瘤胃上皮组织与血清中的谷氨酰胺浓度，同时增加了血清中的通透性参数。具体而言，在第30天和第60天，饲料限制组的ADG显著低于对照组，且血清中的DAO活性、LPS和D-LA浓度显著升高。此外，饲料限制还导致TJ蛋白（如ZO-1、occludin和claudin-1）的表达水平下降，而这些蛋白的表达水平在谷氨酰胺补充后得到了显著恢复。

在体外实验中，谷氨酰胺缺乏的YRECs表现出明显的细胞活力下降和TJ蛋白表达减少，而添加谷氨酰胺后，这些负面效应得到了显著缓解。同时，谷氨酰胺还能抑制炎症因子（如IL-1β、IL-6和TNF-α）的表达，并降低NF-κB、p38 MAPK和JNK等信号通路的激活水平。值得注意的是，当使用p38 MAPK和JNK激活剂（如二甲双胍metformin）时，谷氨酰胺对TJ蛋白表达的促进作用被显著削弱，这表明谷氨酰胺通过抑制这些信号通路来修复瘤胃上皮屏障。

#### 机制探讨

进一步的研究表明，谷氨酰胺可能通过抑制MAPK/NF-κB信号通路来改善瘤胃上皮屏障功能。在体内和体外实验中，饲料限制均导致该通路的激活，而谷氨酰胺的补充能够显著降低这些通路的活性，从而减少炎症反应并恢复TJ蛋白的表达。此外，谷氨酰胺还能促进YRECs的增殖，增强细胞活力，进而维持瘤胃上皮屏障的完整性。

值得注意的是，尽管谷氨酰胺在体外实验中显示出良好的修复效果，但其作用机制并非单一的。研究发现，某些信号通路（如AMPK和PI3K/Akt）也可能参与了谷氨酰胺对瘤胃上皮屏障的修复过程。这表明，谷氨酰胺可能通过多种机制共同作用，以达到改善屏障功能的目的。

#### 研究意义与应用前景

本研究为青藏高原地区牦牛在寒冷季节面临的营养缺乏问题提供了一种可行的解决方案。通过膳食补充谷氨酰胺，不仅可以改善牦牛的生长性能，还能有效修复瘤胃上皮屏障功能，降低系统性炎症反应的风险。这对于提高牦牛的存活率、改善其健康状况以及促进其在极端环境下的生长具有重要意义。

此外，本研究也为畜牧业中饲料配方的优化提供了理论依据。在高原环境下，如何在有限的饲料资源下，通过科学的营养补充策略来提高牦牛的健康水平，是当前亟需解决的问题。谷氨酰胺作为一种条件性必需氨基酸，其在维持肠道屏障功能中的作用已被广泛认可，因此，将其作为饲料添加剂具有广阔的前景。

#### 未来研究方向

尽管本研究取得了一定成果，但仍存在一些局限性。例如，研究主要关注了谷氨酰胺的作用，而忽略了其他氨基酸（如精氨酸、亮氨酸等）对瘤胃上皮屏障功能的影响。此外，体外实验的结果需要通过体内实验进一步验证。未来的研究可以探索不同氨基酸的协同作用，以及更全面的信号通路调控机制，以期找到更有效的营养补充策略。

总的来说，本研究通过体内和体外实验相结合的方法，揭示了谷氨酰胺在缓解饲料限制导致的瘤胃上皮屏障损伤中的重要作用，并明确了其作用机制。这些发现不仅有助于理解牦牛在高原环境下的生理适应机制，也为改善其生长性能和健康状况提供了新的思路。