富硒酵母通过调节水通道蛋白缓解阿特拉津诱导的日本鹌鹑肾脏离子稳态失衡

《Poultry Science》：Selenium-Enriched Yeast Mitigates Atrazine-Induced Renal Ion Homeostasis Dysregulation via Regulating Aquaporins in Japanese Quails

　　

阿特拉津（ATR）是一种广泛应用的除草剂，因其环境持久性和生物累积性对动物和人类构成健康风险。肾脏是ATR的靶器官，肾离子紊乱是ATR诱导肾毒性的主要效应。富硒酵母（Yeast-Se）是一种具有高生物利用度和抗氧化特性的有机硒源，可保护化学物质诱导的器官损伤。本研究旨在探讨Yeast-Se对ATR诱导的日本鹌鹑肾损伤的保护作用。研究中，将鹌鹑随机分为四组：对照组（基础日粮）、ATR组（基础日粮+500 mg/kg B.W. ATR）、ATR+Se组（500 mg/kg B.W. ATR+0.3 mg/kg Yeast-Se）和Yeast-Se组（0.3 mg/kg Yeast-Se）。经过28天处理后，Yeast-Se补充有效恢复了由ATR引起的肾脏结构和功能损伤。ATR处理后，肾Na+和Cl-水平显著升高，而K+、Ca2+和Mg2+水平降低。值得注意的是，Yeast-Se可通过上调Na+-K+-ATP酶活性、下调Ca2+/Mg2+-ATP酶活性以及控制水通道蛋白（AQP）亚基表达来缓解ATR诱导的肾毒性。这些发现共同表明，Yeast-Se通过调节AQPs表达，对ATR诱导的肾离子稳态紊乱具有强大的潜在改善作用。

研究背景与问题提出

阿特拉津（ATR）是全球农业系统中广泛使用的除草剂，因其水溶性和高化学稳定性，容易导致地表水和地下水污染，并在土壤、作物秸秆及食物链中持续残留和生物累积。尽管谷物中ATR残留量通常低于最大残留限量，但近期大规模监测研究仍发现部分样品超标，且其在环境中的持久性对非靶标生物包括鸟类、水生生物和哺乳类构成了健康威胁。肾脏作为维持机体离子和渗透压稳态的核心排泄器官，是ATR毒性的主要靶器官之一。已有研究表明，ATR暴露可引发肾脏结构和功能障碍，其关键机制之一是诱导肾脏离子平衡失调，包括钠离子（Na⁺）、钾离子（K⁺）、钙离子（Ca²⁺）和镁离子（Mg²⁺）等浓度的异常变化，进而影响细胞极性、细胞间连接完整性甚至激活凋亡通路。离子稳态的维持依赖于ATP酶的主动转运功能以及水通道蛋白（AQPs）介导的水分子跨膜运输。已有证据显示，ATR能够抑制ATP酶活性并扰乱AQPs的表达，从而加剧肾脏损伤。硒（Se）作为一种必需的微量元素，具有良好的抗氧化和解毒特性，其中富硒酵母（Yeast-Se）作为有机硒形式，具有更高的生物利用度和安全性，已被证实能够缓解重金属等污染物诱导的器官损伤和离子紊乱。然而，Yeast-Se是否能通过调控ATP酶活性和AQPs表达来拮抗ATR所致的肾离子稳态失衡，其具体机制尚不清楚。因此，本研究选用日本鹌鹑作为模式生物，系统探究Yeast-Se对ATR诱导肾损伤的保护作用及其分子机制。

研究方法概述

研究人员采用日本鹌鹑（Coturnix japonica）作为实验模型，共80只1日龄鹌鹑经7天适应期后，随机分为4组，每组20只：对照组（基础日粮）、ATR组（基础日粮+500 mg/kg体重ATR灌胃）、ATR+Se组（基础日粮添加0.3 mg/kg Yeast-Se+500 mg/kg体重ATR灌胃）和Yeast-Se组（基础日粮添加0.3 mg/kg Yeast-Se）。处理周期为28天。关键技术方法包括：组织病理学评估（H&E染色及半定量评分）、血清肾功能指标检测（尿酸、胱抑素C、肌酐）、肾脏离子浓度测定（Na⁺、K⁺、Cl^-、Ca²⁺、Mg²⁺）、ATP酶活性检测（Na⁺-K⁺-ATP酶、Ca²⁺-ATP酶、Mg²⁺-ATP酶、Ca²⁺-Mg²⁺-ATP酶）、实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测相关基因mRNA表达、以及Western blotting检测AQPs蛋白表达水平。

研究结果

Yeast-Se对ATR诱导的肾脏组织病理学和功能损伤的影响

H&E染色结果显示，ATR组鹌鹑肾脏出现明显的病理损伤，包括肾小球肿胀充血、系膜增生、空泡变性以及肾小管上皮细胞水肿、边界模糊。而ATR+Se组较ATR组肾小球体积减小、空泡减少、细胞核更清晰、细胞边界更明显，组织病理学评分显著降低。血清生化分析表明，ATR组尿酸、胱抑素C和肌酐水平均显著高于对照组，而Yeast-Se补充可显著降低上述指标，表明Yeast-Se有效缓解了ATR诱导的肾脏结构性和功能性损伤。

Yeast-Se对ATR诱导的Na⁺、K⁺和Cl^-稳态紊乱的影响

与对照组相比，ATR暴露显著增加了肾脏Na⁺和Cl^-含量，降低了K⁺含量。同时，ATR显著抑制了Na⁺-K⁺-ATP酶活性，并下调了其亚基ATP1A1、ATP1A2、ATP1A3、ATP1B3和ATP1B4的mRNA表达。Yeast-Se补充则显著逆转了上述变化，表现为Na⁺和Cl^-含量下降、K⁺含量上升，Na⁺-K⁺-ATP酶活性恢复，亚基转录水平上调。

Yeast-Se对ATR诱导的Ca²⁺和Mg²⁺稳态紊乱的影响

ATR暴露导致肾脏Ca²⁺浓度显著降低、Mg²⁺浓度显著升高。与此对应，ATR组Ca²⁺-ATP酶、Mg²⁺-ATP酶和Ca²⁺-Mg²⁺-ATP酶活性均显著增强，但Ca²⁺-ATP酶亚基（ATP2A1、ATP2A2、ATP2A3）、Na⁺/Ca²⁺交换体亚基（SLC8A1、SLC8A2、SLC8A3、SLC8B1）以及Na⁺/Ca²⁺-K⁺交换体亚基（SLC24A1、SLC24A2）的mRNA表达均显著下调。Yeast-Se补充可显著恢复Ca²⁺水平、降低Mg²⁺水平，并回调上述ATP酶活性及相关转运体亚基的转录水平。

Yeast-Se对ATR诱导的AQPs表达紊乱的影响

蛋白水平检测显示，ATR暴露显著下调了AQP3和AQP4的表达，上调了AQP1和AQP5的表达。mRNA水平上，ATR显著上调了AQP1和AQP11，下调了AQP2、AQP7和AQP12。Yeast-Se补充则可显著逆转这些变化，即上调AQP3和AQP4、下调AQP1和AQP5，并纠正AQP1、AQP2、AQP5、AQP7、AQP11和AQP12的基因表达水平。

讨论与结论

讨论部分指出，ATR引发的肾脏离子稳态紊乱与其抑制Na⁺-K⁺-ATP酶活性并异常激活Ca²⁺/Mg²⁺-ATP酶活性密切相关，同时伴随多种AQPs表达失调，进一步破坏了水盐平衡。Yeast-Se通过恢复ATP酶活性及其亚基转录、调控AQPs表达，有效纠正了ATR导致的离子失衡，减轻了肾脏结构与功能损伤。研究结论为：Yeast-Se通过恢复ATP酶功能和亚基转录、正常化AQPs表达，显著缓解了ATR诱导的肾脏离子失衡和损伤。这些发现加深了对ATR肾毒性机制的理解，并支持Yeast-Se作为膳食干预手段用于缓解除草剂对家禽肾脏损伤的应用前景。