姜黄素纳米颗粒对热应激肉鸡抗氧化、生长性能、免疫功能和肠道菌群的改善作用及其机制研究

本研究探讨了姜黄素纳米颗粒（CurNPs）作为饲料添加剂对热应激（HS）肉鸡的多方面保护作用。结果表明，CurNPs能显著改善热应激导致的生长性能下降、氧化应激（提升SOD、GPx活性，降低MDA）、免疫功能（提升IgG、IgM）及肠道菌群失衡（增加乳酸菌，减少大肠菌群），并有效缓解肝脏损伤（降低AST、ALT）和血脂异常（降低TC、TG），为家禽热应激管理提供了有效的营养干预策略。

　　

引言

环境变化和高温给家禽业带来严峻挑战，尤其对商品肉鸡生产造成显著经济损失。热应激（HS）会引发家禽生理和激素紊乱，降低采食量，损害生长性能和免疫功能。此外，HS会增加活性氧（ROS）的产生，加剧氧化应激并损伤细胞组分。热应激还会破坏胃肠道微生物群，削弱有益微生物种群，同时促进病原菌定植，从而损害肠道健康和整体家禽福利。近年来，营养干预策略因环境降温系统成本高昂而备受关注。尽管抗生素生长促进剂（AGPs）曾广泛用于提升家禽生产力和免疫力，但出于抗菌素耐药性和动物福利的考虑，欧盟和美国等地区已严格限制其使用。这一监管转变推动研究转向更安全的天然替代品，包括精油、益生元、外源酶、益生菌和植物性饲料添加剂。其中，姜黄作为常用香料，其活性成分姜黄素（1,7–双[4–羟基-3–甲氧基苯基]-1,6–庚二烯-3,5–二酮）因具有广泛的治疗特性而引起科学界浓厚兴趣。研究表明，姜黄素具有强大的抗氧化、抗炎、抗菌和胃保护作用，同时能增强消化酶活性、刺激胆汁酸分泌，最终改善营养代谢和吸收。此外，它还能降低血液胆固醇水平、改善肝功能并增强肠道形态。然而，姜黄素的水溶性差、代谢快和快速系统消除导致其生物利用度低，严重限制了其临床和营养应用。为克服这些局限性，多种先进递送系统被开发出来，包括磷脂复合物、脂质体、佐剂、胶束和纳米颗粒。其中，纳米封装已成为特别有效的策略。纳米颗粒制剂（CurNPs）可提高姜黄素的溶解度、稳定性和系统循环，从而增强组织渗透和抗代谢降解能力。与常规姜黄素补充剂相比，CurNPs的生物利用度和治疗效果显著提高，是改善人类健康和动物营养的创新方案，尤其在优化肉鸡性能和福利方面潜力巨大。因此，本研究旨在全面评估膳食姜黄素纳米颗粒（CurNP）补充对热应激肉鸡生长性能、血液学特征、抗氧化能力、血清生化参数、免疫反应和肠道微生物群的影响。

材料与方法

本实验在Payame Noor大学生物科学系的研究设施中进行。所有动物实验程序均按照国家实验动物护理和使用伦理标准进行，并获Payame Nour大学机构伦理委员会批准。实验选用500只一日龄罗斯308雄性肉鸡，随机分配到5个实验处理组，每个处理设5个重复（栏），每栏20只鸡。基础日粮根据Aviagen推荐的营养需求配制。实验处理设计如下：（1）热中性对照组（TN），饲喂基础日粮并在热中性条件下饲养；（2）热应激阴性对照组（NC0），在热应激（HS）条件下饲喂基础日粮；（3）NC1、（4）NC2和（5）NC3组，在HS条件下饲养，并分别饲喂添加75、150和300 mg/kg姜黄素纳米颗粒（CurNPs）的基础日粮。CurNPs补充从实验第25天持续至第42天。CurNPs在日粮配制过程中彻底混合以确保均匀分布。所有鸡均饲养在200 cm长×70 cm宽×60 cm高的地面笼中，自由采食粉状饲料和饮水。本研究所用姜黄素纳米颗粒（CurNPs）为纳米胶束形式的姜黄素，商品名为SinaCurcumin?，由马什哈德医科大学纳米技术研究中心开发，Exir NanoSina公司（伊朗德黑兰）分销。该制剂基于姜黄素C3-复合物形式，使用公认安全（GRAS）的药用辅料。纳米胶束系统的封装效率约100%，平均粒径约10 nm，其口服生物利用度显著高于常规姜黄素粉末。研究在两个环境控制室中进行，每个房间配备独立的温度调节系统。环境温度使用通过恒温器操作的电便携式加热器管理，相对湿度（RH）使用加湿器维持在55%±5%范围内。第1至3天环境温度保持在33°C，然后在第三周末逐渐降至24°C。热应激（34±2°C）从第25天至42天每天施加8小时（上午9点至下午5点）。实验期间，平均相对湿度为50±10%，基础温度维持在22±2°C。光照制度为第一周23小时光照和1小时黑暗（23L:1D），之后直至试验结束为18小时光照和6小时黑暗（18L:6D）。所有鸡均自由采食粉状饲料和饮水，并在各处理间保持相同的环境、管理和卫生条件。实施全面的疫苗接种计划：所有鸡在1日龄通过饮水接种传染性支气管炎病毒（IBV）疫苗，新城疫疫苗在8日龄和21日龄接种，此外在1日龄接种禽流感疫苗，在14日龄和23日龄接种传染性法氏囊病（IBD）疫苗。通过实验开始和结束时称量个体体重测定初始体重（IBW）和42日龄终体重（FBW），使用精度为±1 g的电子秤。体重增重（BWG）计算为FBW与IBW的差值。通过每日记录每栏总投料量与剩余料量计算采食量。料重比（FCR）计算为累计采食量与总增重的比值。死亡率在1-10日龄、11-24日龄、25-42日龄及1-42日龄全程记录，按每个时期死亡鸡数占初始鸡数的百分比计算。FCR计算为采食量（FI）/增重（BWG），死亡鸡的体重纳入计算。实验第42天，从每栏选择两只接近平均体重的鸡，从翼静脉采集血样并立即分成两份：一份转移至含10% EDTA的管中用于血液学分析；另一份置于无抗凝剂的普通管中，凝血后离心分离血清用于生化评估。采血后，通过颈椎脱位法人道处死鸡只，并无菌采集盲肠内容物用于微生物分析。使用基于电阻抗和光度法原理的HBVET-1自动血液分析仪测定血液学参数，包括红细胞计数（RBC）、白细胞总数（WBC）、血红蛋白浓度（HGB）、血细胞比容（HCT）、淋巴细胞百分比（LYM%）和异嗜粒细胞百分比（HET%）。血样的第二部分收集到无抗凝剂管中，以3500×g离心12-15分钟分离血清，提取的血清于-20°C保存直至生化分析。使用商业生化试剂盒测定血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（AST）活性，以及甘油三酯（TG）和总胆固醇（TC）浓度。所有测定均使用自动分光光度计进行。使用商业诊断试剂盒测定血清免疫球蛋白G（IgG）和免疫球蛋白M（IgM）水平（针对非致病性抗原），按照制造商说明操作，使用自动分析仪测量。使用商业测定试剂盒按照制造商方案测定超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）活性和丙二醛（MDA）浓度。按照标准微生物学程序评估肉鸡盲肠微生物种群。从每个处理组十只鸡无菌采集盲肠内容物于螺帽容器中，立即在冷藏条件下运至实验室。将约10 g盲肠内容物转入含4.5 mL无菌盐水的管中，随后取1 g样品在9 mL无菌蒸馏水中涡旋混合30秒均质，均质物于-20°C保存直至微生物计数。使用选择性琼脂培养基对特定细菌种群进行定量，包括用于大肠菌群的MacConkey琼脂和用于乳酸杆菌的MRS琼脂。微生物计数以每克新鲜样品的log₁₀菌落形成单位（CFU）表示。采用完全随机设计下的单因素方差分析（ANOVA）对数据进行统计分析。分析前检验数据的正态性和方差齐性以确保ANOVA假设的有效性。对于生长性能变量，以栏为实验单位；对于其他参数，每栏选择两只最接近平均体重的鸡，测量值在统计分析前于栏内平均以避免伪重复。死亡率数据（百分比）进行反正弦平方根转换。盲肠微生物计数在分析前转换为log₁₀ CFU/g。非正态分布变量进行适当转换以满足ANOVA假设。采用正交多项式对比评估对递增膳食CurNPs添加水平的线性和二次响应。事后两两比较使用Tukey HSD检验。结果以均值及相应合并标准差（SEM）表示。

结果

生长性能与死亡率

数据显示，尽管初始体重（IBW）各组相似，但热应激（HS）显著损害了肉鸡的生长性能。未补充姜黄素纳米颗粒（CurNPs）的HS组（CN0）与热中性（TN）组相比，表现出终体重（FBW）、体重增重（BWG）和采食量降低，同时料重比（FCR）和死亡率升高。补充CurNPs，尤其在150和300 mg/kg剂量（CN2和CN3），显著提高了FBW和BWG，同时降低了FCR和死亡率。CN3组的性能值与TN组接近，表明CurNPs对热应激诱导的生长抑制具有保护作用。

血液学参数

热应激（HS）显著降低了血红蛋白（HGB）、血细胞比容（HCT）和淋巴细胞（LYM）水平，同时增加了异嗜粒细胞（HET）计数和HET/LYM比率。补充CurNPs，特别是在150和300 mg/kg（CN2和CN3），显著改善了HGB、HCT和LYM水平，并降低了HET和HET/LYM比率，表明其对HS诱导的血液学改变有保护效应。白细胞（WBC）或红细胞（RBC）计数在各组间无显著变化。

生化指标

热应激（HS）显著提高了血清甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）、丙氨酸转氨酶（ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（AST）水平。然而，膳食补充CurNPs，尤其是150和300 mg/kg（CN2和CN3），有效降低了这些升高水平，其中CN3组在TG和AST浓度上改善最为明显。此外，HS显著降低了免疫球蛋白M（IgM）和免疫球蛋白G（IgG）水平。补充CurNPs显著恢复了IgM和IgG浓度，最高水平出现在饲喂150和300 mg/kg的鸡群中。这些发现表明，CurNPs能在热应激条件下减轻肝脏应激并改善免疫功能。

抗氧化状态

热应激（HS）显著降低了谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和超氧化物歧化酶（SOD）活性，同时增加了丙二醛（MDA）水平，表明存在氧化应激。膳食CurNPs补充以剂量依赖方式改善了抗氧化能力。接受150和300 mg/kg CurNPs（CN2和CN3）的鸡群显示出显著升高的GPx和SOD活性以及降低的MDA水平。CN3组的GPx和SOD水平接近TN组，突显了CurNPs在热应激条件下的强大抗氧化作用。

盲肠微生物群

热应激（HS）显著破坏了肉鸡盲肠微生物群平衡。未补充CurNPs的HS组（CN0）显示出显著更高的大肠菌群计数和明显减少的乳酸酸菌（LAB）种群。膳食补充150和300 mg/kg CurNPs（CN2和CN3）显著降低了大肠菌群计数并增加了LAB水平。CN2和CN3组的微生物群谱更接近TN组，表明CurNPs在热应激条件下有效调节了肠道微生物平衡。

讨论

热应激（HS）损害肉鸡的温度调节和稳态，导致采食量减少、生长性能下降和经济生产力降低。生长下降主要源于高温下食欲下降以及营养消化和吸收受损。热应激影响食欲调节肠内分泌细胞，进一步导致采食量减少和生长效率降低。高温下血清皮质酮升高也通过抑制甲状腺激素合成对生长产生负面影响。膳食中添加植物性化合物，特别是纳米形式如姜黄素纳米颗粒（CurNPs），可以减轻这些不利影响。纳米技术提高了姜黄素的生物利用度，从而改善吸收、营养利用和整体健康。在本研究中，补充150和300 mg/kg CurNPs改善了热应激条件下的体重增重和料重比，这与先前在热应激和正常肉鸡以及其他家禽物种中的研究一致。CurNPs的生长促进效应可能归因于增强的消化酶活性、胆汁分泌、营养吸收和甲状腺功能。此外，姜黄素的抗氧化、抗菌、抗炎、益生元样和胃保护特性有助于优化饲料利用，即使在热应激期间采食量部分减少的情况下也能实现更好的生长。热应激还对血液学参数产生负面影响，包括血细胞比容和血红蛋白降低以及白细胞谱改变，表明造血和免疫功能受损。异嗜粒细胞与淋巴细胞（H/L）比率的增加进一步反映了热暴露鸡的慢性应激状态。膳食CurNPs补充（CN2和CN3组）有效降低了H/L比率并将血液学参数恢复至与非应激鸡相近的水平，表明对热应激的恢复力增强。观察到的HS下血液学变化可能与作为维持血浆容量适应性反应的血液稀释有关，而CurNPs可能为红细胞膜提供抗氧化保护并调节免疫反应。生化指标显示，HS增加了血清甘油三酯、总胆固醇和肝脏酶（ALT、AST），同时损害了免疫参数如IgM和IgG。这些发现证实了热应激下的肝脏应激、脂质代谢紊乱和免疫抑制。CurNPs补充减轻了这些变化，突显了其肝保护、降血脂和免疫调节作用。从机制上讲，姜黄素中和活性氧，通过激活Nrf2途径增强抗氧化防御，调节应激相关蛋白，并调控脂质代谢酶。纳米形式提供了卓越的生物利用度，使得与免疫细胞的相互作用增强和细胞因子调节，从而促进体液和细胞免疫。氧化应激标志物，包括降低的谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和超氧化物歧化酶（SOD）活性以及升高的丙二醛（MDA）水平，证实了HS诱导的氧化损伤。CurNPs通过增强酶防御、中和活性氧和保持线粒体完整性来改善抗氧化状态，这支持了热应激下的能量代谢和细胞功能。肠道健康也受到CurNPs补充的积极影响。纳米形式增强了有益乳酸杆菌种群，同时减少了病原菌如大肠杆菌和沙门氏菌，可能通过维持肠道上皮完整性和促进有利微生物平衡来实现。这些肠道调节效应进一步支持了在补充CurNPs的鸡群中观察到的改善营养利用、免疫功能和氧化状态。总之，补充150–300 mg/kg CurNPs有效减轻了热应激对肉鸡生长性能、血液学、肝功能、免疫力、抗氧化状态和肠道健康的负面影响。这些发现为使用CurNPs作为膳食策略以增强家禽在热应激条件下的恢复力和生产力提供了实践证据。

局限性与未来方向

本研究未评估胴体组成或热应激的直接生理指标，如直肠温度、喘息频率或呼吸率。在未来研究中纳入这些参数将为CurNPs的保护效应提供更全面的证据。

结论

本研究证实了姜黄素纳米颗粒（CurNPs）在改善热应激下肉鸡生长性能和生理状态方面的有益作用。CurNPs增强了抗氧化能力、脂质代谢和免疫反应，同时支持肠道健康。这些发现突显了CurNPs作为一种有前景的营养干预措施对抗热应激的潜力，尽管其在商业家禽生产中的成本效益值得进一步评估。