《Poultry Science》:Dietary
Lonicerae flos extract ameliorates small intestine damage via activating the Nrf-2 signaling pathway and suppressing endoplasmic reticulum stress in heat stressed broilers
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本研究针对热应激严重损害肉鸡生长性能和肠道健康的问题,探讨了日粮中添加金银花提取物(LFE)的缓解效果。结果表明,LFE(尤其800 mg/kg剂量)能通过激活Nrf-2通路增强空肠抗氧化能力(提升T-AOC、SOD活性),抑制内质网应激(下调GRP78、PERK、IRE1、ATF6、CHOP表达)及细胞凋亡,并改善紧密连接蛋白(Occludin、Claudin-1、ZO-1)表达,从而修复肠道屏障、降低血清D-乳酸和AST水平。该研究为LFE作为绿色饲料添加剂缓解热应激提供了理论依据,对保障畜禽健康生产具有重要意义。
随着全球气候变暖,极端高温天气频发,给集约化养殖业带来了严峻挑战。肉鸡由于全身覆盖羽毛、汗腺不发达,体温调节能力有限,成为热应激的“重灾区”。热应激会导致肉鸡采食量下降、生长性能受损、免疫力降低,甚至死亡率升高,造成巨大的经济损失。其中,小肠是热应激的主要靶器官。在热应激状态下,肉鸡为了散热会使体表血管扩张、内脏血管收缩,导致肠道血流量减少,引发缺血缺氧性损伤。这种损伤会破坏肠道屏障的完整性,增加肠道通透性,使得肠道内的有害物质和病原菌更容易进入血液循环,引发全身性炎症,进一步加剧机体损伤。因此,如何有效缓解热应激对肉鸡肠道健康的损害,是当前畜牧业可持续发展面临的关键问题。
在此背景下,植物提取物因其天然、低残留的优势,成为缓解热应激的研究热点。金银花(Lonicerae flos)作为一种传统中药,以其“清热”功效闻名,其主要活性成分绿原酸(Chlorogenic acid)已被证实具有强大的抗氧化、抗炎和屏障保护活性。先前的研究表明,金银花提取物(Lonicerae flos extract, LFE)能够改善氧化损伤并增强紧密连接蛋白的表达,但其在热应激肉鸡空肠损伤中的具体保护机制尚不完全清楚。为了填补这一空白,商丘师范学院动物科学系的马冰冰、石传鑫等研究人员在《Poultry Science》上发表了他们的最新研究成果,系统探讨了日粮添加LFE对热应激肉鸡空肠的保护作用及潜在机制。他们假设LFE可能通过激活核因子E2相关因子2(Nrf-2)等保护性信号通路,减轻内质网应激(Endoplasmic Reticulum Stress, ERS)和细胞凋亡,进而改善肠道屏障功能。
为了验证这一假设,研究人员设计了一项严谨的动物实验。他们选取了240只28日龄、体重相近的雄性 Arbor Acres 肉鸡,随机分为5个处理组,每组6个重复,每个重复8只鸡。处理组包括:正常对照组(NOR,22°C,基础日粮)、热应激组(HS,32°C,基础日粮)以及三个LFE补充组(在32°C热应激环境下,分别饲喂添加了400、800、1200 mg/kg LFE的基础日粮,记为LFE400、LFE800、LFE1200)。试验为期14天(从28日龄至42日龄)。试验期间,研究人员监测了鸡舍的温湿度指数(Temperature humidity index, THI),确保热应激模型成功建立。
本研究采用的关键技术方法主要包括:生长性能指标(平均日增重ADG、平均日采食量ADFI、料重比F/G)的测定;血清生化指标(天门冬氨酸氨基转移酶AST、丙氨酸氨基转移酶ALT、D-乳酸)的检测;空肠组织形态学(绒毛高度、隐窝深度、绒隐比V/C)的观察与测量;空肠黏膜抗氧化指标(总抗氧化能力T-AOC、超氧化物歧化酶SOD、谷胱甘肽过氧化物酶GSH-Px)的测定;以及实时荧光定量PCR(Real-Time PCR)技术检测空肠黏膜中与Nrf-2通路、内质网应激、细胞凋亡和紧密连接相关的关键基因的mRNA表达水平。所有数据均采用SPSS软件进行统计分析。
生长性能
结果发现,与NOR组相比,热暴露7天和14天后,HS组肉鸡的ADFI和ADG均显著降低,而F/G显著升高。这表明热应激严重损害了肉鸡的生长效率。虽然LFE各剂量组与HS组之间的生长性能无统计学显著性差异,但在热暴露14天后,LFE800组的F/G比HS组降低了8.5%,呈现出改善趋势。这表明LFE可能通过改善肠道健康来部分缓解热应激导致的生长抑制。
血清指标
热应激显著提高了血清AST、ALT活性和D-乳酸水平,表明热应激造成了肝损伤和肠道屏障功能受损。日粮添加LFE,特别是在800 mg/kg剂量下,能够显著缓解热应激引起的血清AST和D-乳酸水平的升高。这说明LFE具有保护肝脏和改善肠道屏障完整性的作用。
空肠发育与组织形态学
热应激对空肠的相对重量和长度没有显著影响,但显著降低了空肠绒毛高度。而LFE补充(特别是LFE800和LFE1200组)显著缓解了热应激导致的绒毛高度降低。绒毛高度的增加意味着吸收表面积的扩大,这从结构上解释了LFE可能改善营养物质吸收的机制。
空肠抗氧化能力
热应激降低了空肠黏膜的T-AOC和SOD活性。LFE补充,尤其是800 mg/kg和1200 mg/kg剂量,能够显著提高T-AOC和SOD活性。这表明LFE增强了空肠组织的抗氧化防御能力。
空肠基因表达
- 1.
Nrf-2通路相关基因:LFE补充,特别是LFE800和LFE1200组,上调了核因子Nrf-2及其下游靶基因血红素加氧酶1(HMOX-1)的mRNA表达,同时下调了其抑制蛋白Keap1的表达。这表明LFE激活了Nrf-2信号通路,这是其增强抗氧化能力的重要分子基础。
- 2.
缺氧诱导因子与内质网应激相关基因:热应激显著上调了缺氧诱导因子1α(HIF-1α)以及内质网应激标志物GRP78、PERK、IRE1、ATF6的mRNA表达。LFE补充则显著抑制了这些基因的表达。这表明热应激导致了肠道缺氧和内质网应激,而LFE能有效缓解这些应激反应。
- 3.
细胞凋亡相关基因:热应激上调了促凋亡基因Caspase-3和CHOP的表达,并下调了抗凋亡基因Bcl-2的表达。LFE补充逆转了这些变化,表明LFE能够抑制热应激诱导的肠上皮细胞凋亡。
- 4.
紧密连接蛋白相关基因:热应激降低了紧密连接蛋白(Occludin、Claudin-1、ZO-1)的mRNA表达。LFE补充,特别是在LFE800和LFE1200组,显著提高了这些基因的表达水平,说明LFE有助于修复和增强肠道屏障功能。
综合讨论与结论,本研究揭示了LFE缓解热应激肉鸡空肠损伤的多靶点作用机制。研究人员提出了一条连贯的病理通路:热应激导致肠道缺血缺氧,引起HIF-1α积累;HIF-1α可能通过干扰细胞能量代谢和钙稳态,引发内质网中未折叠/错误折叠蛋白积聚,从而激活内质网应激(ERS);持续的内质网应激进而通过CHOP途径触发细胞凋亡,破坏肠道上皮完整性。LFE,其主要活性成分绿原酸,在此过程中发挥了多重保护效应:一方面,它激活Nrf-2通路,增强机体的抗氧化能力,对抗氧化损伤;另一方面,它抑制HIF-1α的表达,进而减轻内质网应激和随之而来的细胞凋亡,并促进紧密连接蛋白的表达,最终共同维护了肠道屏障的结构与功能。
综上所述,本研究表明,日粮中添加金银花提取物(LFE),尤其是800 mg/kg的剂量,能有效缓解热应激对肉鸡生长性能和肠道健康的负面影响。其核心机制在于激活Nrf-2介导的抗氧化防御,抑制HIF-1α/内质网应激依赖的细胞凋亡通路,并增强肠道紧密连接屏障。该研究不仅为理解LFE的生物学功能提供了新的理论见解,也为将LFE开发成为一种绿色、高效的饲料添加剂,应用于缓解家禽热应激、促进畜牧业可持续发展提供了重要的科学依据。未来的研究可进一步探讨LFE对热应激肉鸡肠道微生物群的影响,以更全面地揭示其保护机制。