猪静脉注射大肠杆菌脂多糖后氧化应激与炎症生物标志物的时序变化规律及其应用价值

本研究针对猪断奶后大肠杆菌感染引发的氧化应激与炎症问题，通过静脉注射LPS建立模型，系统分析72小时内生物标志物动态变化。发现MDA早于细胞因子峰值出现，急性期蛋白呈时序性响应，揭示了氧化应激与炎症的复杂时序关系，为评估干预措施提供了关键生物标志物。

　　

在养猪业中，断奶后腹泻是导致仔猪生长受阻和死亡的主要原因之一，其中产肠毒素大肠杆菌（Enterotoxigenic E. coli）感染是关键致病因素。这种感染不仅引起肠道炎症，还会导致全身性炎症反应和氧化应激，严重影响猪的健康和生产性能。虽然日粮策略已被用于增强断奶仔猪的抵抗力，但针对氧化应激的可靠生物标志物仍显不足，且氧化应激与炎症之间的复杂关系尚未明确。脂多糖（LPS）作为革兰氏阴性菌细胞壁成分，能够激活免疫系统，引发发热、炎症细胞因子升高和氧化应激反应，因此被广泛用作研究急性炎症的模型。

为了深入解析猪在LPS挑战后炎症和氧化应激生物标志物的时序变化规律，并探索用于评估感染诱导氧化应激的潜在生物标志物，来自丹麦奥胡斯大学动物与兽医科学系的研究团队开展了这项研究。论文发表在《Veterinary Immunology and Immunopathology》上。

研究人员采用静脉注射LPS的方式，对10头雌性猪（平均体重27.9 kg，约3月龄）进行了低剂量（0.75 μg/kg BW）和中剂量（1.50 μg/kg BW）处理。通过静脉导管在0小时（注射前）及注射后0.5至72小时内的13个时间点采集血液样本，监测直肠温度、血液细胞因子、急性期蛋白和氧化应激标志物的动态变化。研究应用了多重细胞因子检测、酶联免疫吸附测定（ELISA）和半靶向代谢组学分析等关键技术方法，其中代谢组学分析采用超高效液相色谱-质谱联用（UHPLC-MS）技术，对血浆样本中的脂质及氧化应激标志物进行定性和相对定量分析。

研究结果显示，LPS挑战后，炎症和氧化应激参数呈现出明显的时间动态变化。

3.1. 生长性能

LPS处理对猪的体重、平均日增重（ADG）、平均日采食量（ADFI）和饲料转化率（FCR）没有显著影响。但从开始到实验结束，体重和ADG均有所增加（P < 0.010）。在LPS挑战期间（从L注射前1天到注射后3天），ADFI下降（P < 0.010）。

3.2. 器官

接受中剂量LPS处理的猪在注射后72小时脾脏重量显著高于低剂量组（P = 0.034）。LPS处理对其他器官（包括肾脏、肝脏和肺）没有影响。LPS处理对肝脏中细胞因子浓度的影响总体不显著，但低剂量组猪肝脏中的IL-10浓度有高于中剂量组的趋势（8.85 vs 2.98 pg/mg蛋白，P = 0.081）。

3.3. 炎症参数

直肠温度在LPS注射后3小时达到峰值，并在8小时内恢复到注射前水平（P < 0.001）。两种处理间无显著差异（P = 0.388），但处理与时间存在交互作用趋势（P = 0.099）。在注射后2小时，中剂量组猪的体温高于低剂量组（P = 0.032）。血浆C反应蛋白（CRP）浓度在注射后12小时达到峰值（平均29.0 mg/L，P < 0.001），而结合珠蛋白（haptoglobin）在24小时达到峰值（平均1.69 mg/mL，P < 0.001）。猪主要急性期蛋白（Pig-MAP）在低剂量组24小时和中剂量组36小时达到峰值（分别为0.74 g/L和0.77 g/L，P < 0.001）。LPS处理对这三种急性期蛋白没有显著影响。细胞因子IL-6、IFN-γ、IL-10和IL-1β在注射后1至3小时达到峰值。大多数细胞因子在注射后1-3小时达到峰值（P < 0.010）。中剂量LPS处理通常引起比低剂量处理更强的细胞因子反应（P < 0.050）。

3.4. 氧化应激参数

血浆丙二醛（MDA）浓度迅速升高，中剂量组在注射后0.5小时达到峰值（2197 ng/mL；P < 0.001），低剂量组在1小时达到峰值（2453 ng/mL；P < 0.001）。MDA浓度在注射后约6小时下降（P < 0.010），随后在24、36、48和72小时再次升高。超氧化物歧化酶（SOD）的活性不受LPS处理（P = 0.677）或时间（P = 0.276）的影响。

3.5. 代谢组学分析

代谢组学分析鉴定出多种脂质衍生化合物，包括亚油酸、花生四烯酸和8-异前列腺素F₂α（8-iso-PGF₂α）（通过标准品确认为Level 1鉴定）。皮质醇（cortisol）被鉴定（Level 1），并在LPS注射后迅速增加，在注射后2小时达到峰值（P < 0.001）。皮质醇与直肠温度呈强正相关（Pearson相关系数：低剂量组 r = 0.65, P < 0.001；中剂量组 r = 0.66, P < 0.001）。对于花生四烯酸，观察到LPS处理与时间之间存在交互作用（P = 0.015）。对于8-iso-PGF₂α，也观察到LPS处理与时间之间存在交互作用（P = 0.049），中剂量组在注射后3小时的血浆浓度高于低剂量组（P = 0.041）。异亮氨酸（Isoleucine）被鉴定（Level 1），并在中剂量组注射后4小时和低剂量组注射后8小时增加（P ≤ 0.05）。血浆花生四烯酸与亚油酸呈正相关（Pearson相关系数：低剂量组 r = 0.29, P = 0.021；中剂量组 r = 0.54, P < 0.001）。

本研究系统地描绘了猪在静脉注射大肠杆菌LPS后炎症和氧化应激生物标志物的详细时序图谱。研究结果表明，MDA作为脂质过氧化的标志物，其浓度峰值出现早于大多数炎症细胞因子和急性期蛋白，提示氧化应激反应可能是LPS挑战早期事件之一。急性期蛋白（CRP、结合珠蛋白、Pig-MAP）和细胞因子（如IL-6、TNF-α）表现出不同的峰值时间，反映了免疫应答的复杂性和多阶段性。代谢组学分析不仅验证了皮质醇作为应激反应标志物的快速升高，还揭示了脂肪酸（如花生四烯酸、亚油酸）及其潜在氧化产物在炎症过程中的变化，为了解脂质介质在氧化应激和炎症交叉对话中的作用提供了新的视角。

该研究的重要意义在于：首先，它提供了关于猪LPS模型中生物标志物动态变化的全面时间进程数据，为未来研究中选择合适的时间点进行采样和干预提供了关键参考。其次，研究结果表明MDA、急性期蛋白和特定细胞因子可作为评估调节感染诱导的氧化应激和炎症的干预措施的有效生物标志物。再者，研究揭示了氧化应激（如MDA升高）与炎症（如细胞因子释放）之间可能存在的时间先后关系和复杂相互作用，为进一步探索其因果关系和机制奠定了基础。最后，所建立的实验方法和分析流程（如半靶向代谢组学）可用于未来研究其他挑战模型或评估抗氧化和抗炎策略的效果。这些发现不仅对猪健康管理和疾病控制具有应用价值，也为理解大型动物乃至人类感染性疾病中氧化应激与炎症的相互关系提供了参考。