鞣花酸缓解百草枯诱导的仔猪背最长肌氧化应激与代谢紊乱研究

《Frontiers in Veterinary Science》：Ellagic acid alleviates paraquat-induced oxidative stress and metabolic disturbances in the muscle of piglets

　　

专业摘要翻译： 氧化应激（Oxidative Stress, OS）会扰乱营养代谢，并可能损害仔猪的肌肉发育。本研究探讨了日粮中添加鞣花酸（Ellagic Acid, EA）是否能够缓解百草枯（Paraquat, PQ）诱导的仔猪背最长肌氧化应激及代谢紊乱。研究人员将仔猪分为对照组、PQ攻毒组以及添加0.01% EA的PQ攻毒组。PQ攻毒未显著影响最终体重或平均日增重，但损害了抗氧化状态，表现为血清总抗氧化能力（T-AOC）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）活性降低，以及背最长肌中超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽（GSH）水平下降。与单独PQ处理相比，EA补充显著提高了上述四项抗氧化指标。PQ还降低了多个肌肉发育相关基因的表达，包括MYOD、MYOG、DESMIN和CAV3，而EA相较于单独PQ处理显著增加了CAV3、FOXO1、P21和MCP-1的表达，但未显著改变MYOD、MYOG或DESMIN的表达。此外，PQ显著改变了背最长肌的氨基酸谱，并降低了包括SLC1A1和SLC6A6在内的氨基酸转运体表达。相较于单独PQ处理，EA补充增加了肌肉中牛磺酸（Tau）、谷氨酸（Glu）、异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、苯丙氨酸（Phe）和脯氨酸（Pro）的浓度，增加了SLC1A1和SLC6A6的表达，并降低了PRODH、OAT和ODC的表达。PQ攻毒还扰乱了长链脂肪酸谱，并抑制了参与脂肪酸处理的基因，而EA相较于单独PQ处理增加了FABP3、CD36和PLIN3的表达，并增加了C18:3N-3和C22:1N-9。总体而言，这些发现表明，EA可能通过改善抗氧化状态以及调节肌肉氨基酸和脂质代谢，来缓解PQ相关的部分生化和代谢紊乱。

论文解读文章

一、研究背景与目的

氧化应激是影响断奶仔猪健康、生长和代谢稳态的重要生理挑战。活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）的过量产生会破坏氧化还原稳态，损害营养利用，并造成细胞和组织损伤。百草枯作为一种强效的氧化还原循环化合物，被广泛用于建立氧化应激实验模型。已有研究表明，PQ暴露可诱导仔猪肠道和肝脏的氧化损伤，并伴随抗氧化能力受损和炎症反应增强。然而，PQ诱导的氧化应激对仔猪骨骼肌稳态和营养代谢的影响，此前研究尚不充分。

鞣花酸是一种天然存在的多酚类物质，具有公认的抗氧化和抗炎特性。已有报道指出，日粮补充EA可通过增强抗氧化防御和调节抗氧化相关信号通路，缓解PQ诱导的仔猪肠道和肝脏损伤。此外，EA补充也被证明能改善断奶仔猪的抗氧化能力和肠道健康。这些发现提示EA可能对多种组织的氧化损伤具有保护作用。然而，EA能否缓解PQ诱导的骨骼肌氧化损伤和代谢紊乱仍不清楚。

背最长肌是猪出生后生长、蛋白质沉积和营养代谢的重要组织。正常的肌肉发育和功能依赖于细胞稳态、营养可用性和代谢过程的协调调控。氨基酸是肌肉蛋白质合成的基本底物，也参与能量代谢和其他细胞功能，因此骨骼肌中氨基酸的组成、转运和利用与肌肉生长和代谢稳态密切相关。氧化应激可能扰乱氨基酸的可用性和代谢，从而影响肌肉发育和功能。脂质代谢对维持骨骼肌的能量供应和细胞完整性也至关重要，长链脂肪酸是重要的能量底物和细胞膜结构成分，其摄取、转运、储存和氧化受到严格调控以维持脂质稳态。氧化应激下这些过程的紊乱可能导致代谢失衡并损害肌肉功能。

基于此，本研究旨在探讨日粮EA补充对PQ攻毒仔猪生长性能、抗氧化状态、肌肉发育以及背最长肌氨基酸和脂肪酸代谢的影响，假设EA能够缓解PQ诱导的仔猪肌肉氧化应激和代谢紊乱。

二、研究设计与技术方法

研究人员选用18头健康的去势公猪（杜洛克×长白×大白），21日龄断奶，随机分为三组，每组6头。对照组饲喂基础日粮并腹腔注射0.9%无菌生理盐水；PQ组饲喂基础日粮并腹腔注射百草枯；EA组饲喂添加100 mg EA/kg日粮的基础日粮并腹腔注射百草枯。实验第18天，PQ组和EA组仔猪按4 mg百草枯离子/kg体重单次腹腔注射，对照组注射等量生理盐水，整个实验期21天。实验结束后，仔猪经静脉注射戊巴比妥钠安乐死，采集血清和背最长肌样本。

主要技术方法包括：使用商业猪ELISA试剂盒测定血清和肌肉中的抗氧化参数（T-AOC、GPx、SOD、GSH）；使用全自动氨基酸分析仪测定血清和肌肉中的游离氨基酸浓度；使用TRIzol试剂提取肌肉总RNA，通过实时荧光定量PCR（RT-qPCR）检测肌肉发育、氨基酸转运与代谢、脂肪酸转运与代谢相关基因的mRNA表达；使用气相色谱-火焰离子化检测器分析肌肉中中长链脂肪酸组成；使用全自动生化分析仪测定血清生化参数。

三、研究结果

1. 1.
   EA补充对PQ攻毒仔猪生长性能的影响

在攻毒前阶段（第1-18天），三组仔猪的初始体重、第18天体重和平均日增重均无显著差异。在PQ攻毒阶段（第18-21天），三组间的第18天体重、最终体重和平均日增重也无显著差异。配对样本t检验显示，对照组和EA组的体重从第18天到第21天显著增加，而PQ组无显著变化，表明PQ攻毒在一定程度上抑制了该阶段的体重增长，但EA补充未显著改善整体生长性能。

1. 2.
   EA补充对PQ攻毒仔猪血清生化参数的影响

与对照组相比，PQ攻毒显著降低了血清白蛋白浓度，并有降低低密度脂蛋白的趋势。EA补充相对于PQ组未显著改变任何测定的血清生化参数。

1. 3.
   EA补充对PQ攻毒仔猪血清和背最长肌抗氧化状态的影响

PQ攻毒显著降低了血清T-AOC和GPx活性，以及背最长肌SOD活性和GSH含量。EA补充显著提高了这四项抗氧化指标，表明EA在血清和背最长肌中均部分恢复了抗氧化状态。

1. 4.
   EA补充对PQ攻毒仔猪背最长肌发育和损伤相关基因表达的影响

与对照组相比，PQ攻毒显著降低了背最长肌中MYOD、MYOG、DESMIN和CAV3的mRNA丰度，而FOXO1、P21和MCP-1无显著变化。与PQ组相比，EA补充显著增加了FOXO1、P21、CAV3和MCP-1的mRNA丰度，而MYOD、MYOG和DESMIN无显著变化。这表明EA对肌肉相关基因表达的影响具有标记特异性，其对CAV3的上调可能有助于维持肌肉细胞完整性。

1. 5.
   EA补充对PQ攻毒仔猪血清和背最长肌氨基酸谱的影响

在血清中，PQ攻毒显著降低了天冬氨酸、丝氨酸、甘氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸浓度，丙氨酸和脯氨酸呈下降趋势。EA补充相对于PQ组显著增加了血清天冬氨酸浓度，半胱氨酸呈上升趋势，其他血清氨基酸无显著变化。

在背最长肌中，PQ攻毒显著降低了牛磺酸、谷氨酸、半胱氨酸和脯氨酸浓度，显著增加了苏氨酸、鸟氨酸和赖氨酸浓度，甘氨酸呈下降趋势。与PQ组相比，EA补充显著增加了牛磺酸、谷氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和脯氨酸浓度，显著降低了苏氨酸、鸟氨酸和赖氨酸浓度。EA对肌肉氨基酸谱的影响比血清更为广泛。

1. 6.
   EA补充对背最长肌氨基酸转运和代谢相关基因表达的影响

与对照组相比，PQ攻毒显著降低了SLC1A1、SLC6A6、SLC25A2和SLC36A1的mRNA丰度，并增加了ODC表达，PRODH表达呈上升趋势。与PQ组相比，EA补充显著增加了SLC1A1和SLC6A6表达，降低了PRODH、OAT和ODC表达，SLC25A2和SLC36A1无显著变化。肌肉牛磺酸与SLC6A6表达的平行增加尤其值得关注，因为牛磺酸支持正常肌肉功能。

1. 7.
   EA补充对PQ攻毒仔猪背最长肌长链脂肪酸谱的影响

与对照组相比，PQ攻毒显著增加了肌肉中C18:3N-6、C20:1、C20:3N-6和C24:0浓度，显著降低了C18:3N-3和C22:1N-9浓度，C16:1、C18:1N-9T和C20:2呈下降趋势，C20:4N-6和C22:6N-3呈上升趋势。与PQ组相比，EA补充显著增加了C18:3N-3和C22:1N-9浓度，C16:1呈上升趋势，C18:0和C20:3N-6呈下降趋势。EA部分正常化了PQ相关的肌肉脂肪酸谱变化。

1. 8.
   EA补充对背最长肌脂肪酸转运和代谢相关基因表达的影响

与对照组相比，PQ攻毒显著降低了FABP3、FABP4、CD36、DGAT1、PLIN3和CPT1B的mRNA丰度，FABP1、CAV1和PLIN2呈下降趋势。与PQ组相比，EA补充显著增加了FABP3、CD36和PLIN3的mRNA丰度，CPT1B表达呈上升趋势。EA的转录响应在脂肪酸处理和脂滴调控相关基因中最为明显。

四、讨论与结论

本研究表明，PQ诱导的氧化应激显著扰乱了仔猪背最长肌的抗氧化能力和营养代谢，而日粮EA补充部分缓解了这些改变。尽管EA补充未显著改善实验期间的整体生长性能，但在生化和分子水平上观察到明确的保护效应，特别是在抗氧化防御、氨基酸稳态、脂质代谢和肌肉发育方面。这些发现提示EA对肌肉的保护作用可能先于整体生长的明显改善而出现。

EA具有强抗氧化特性，可调节内源性抗氧化防御系统，包括Nrf2相关信号通路，因此改善肌肉氧化还原稳态可能是EA在氧化应激期间保护骨骼肌代谢的重要机制。EA对肌肉相关基因表达的影响具有标记特异性，其对CAV3的上调提示可能有助于维持肌肉细胞完整性。FOXO1、P21和MCP-1的表达增加代表了额外的转录效应，而非对PQ诱导改变的逆转，这些发现为机制研究提供了候选过程。

在氨基酸代谢方面，EA调节了肌肉内营养池，增加了肌肉牛磺酸、谷氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和脯氨酸，肌肉亮氨酸的增加具有生物学意义，因为其在刺激蛋白质合成中具有既定作用。在脂质代谢方面，FABP3、CD36和PLIN3的增加与细胞内脂肪酸转运、细胞摄取和脂滴调控的调节一致，C18:3N-3和C22:1N-9的显著响应补充了这些基因表达变化，支持EA对肌肉脂质代谢特定方面的影响。

研究局限性包括仅评估了一个EA剂量（100 mg/kg日粮）、未评估肌肉形态和功能、样本量小且攻毒后时间短。未来研究应比较多个EA剂量，纳入肌纤维形态、收缩功能和更长随访期，并进行蛋白质水平分析和代谢通量测量。

研究结论：日粮EA补充改善了PQ攻毒仔猪的抗氧化状态，表现为血清T-AOC和GPx活性以及肌肉SOD活性和GSH含量增加。EA还调节了肌肉氨基酸谱，增加了C18:3N-3和C22:1N-9，并上调了SLC1A1、SLC6A6、FABP3、CD36和PLIN3的表达。这些发现支持EA在缓解氧化应激相关部分生化和代谢紊乱方面的潜力。尽管实验期间生长性能未显著改善，但抗氧化和代谢响应为进一步评估EA作为支持氧化应激下肌肉稳态的营养策略提供了基础。