鹌鹑中T-2毒素诱导的神经毒性及其通过丁酸钠实现的保护作用的相关机制

《Chemico-Biological Interactions》：Integrated pathways of T-2 toxin-induced neurotoxicity and protection by sodium butyrate in quails

　　

曹长宇|黄楚英|李欣然

中国广东省佛山市佛山大学动物科学技术学院

摘要

背景

T-2毒素是一种常见的饲料霉菌毒素，会对家禽的健康造成严重威胁。虽然其系统性毒性已被认知，但其在鸟类体内的神经毒性作用及有效的应对措施仍需进一步研究。丁酸钠作为一种绿色饲料添加剂，具有多种生物益处，但其缓解T-2毒素引发的神经毒性的潜力尚不明确。本研究旨在探讨T-2毒素在鹌鹑体内的神经毒性机制，并评估丁酸钠的保护作用。

方法

240只10日龄的鹌鹑被随机分为对照组、T-2毒素组（0.9毫克/千克）、丁酸钠组（500毫克/千克）以及T-2毒素+丁酸钠组。14天和28天后，采集鹌鹑的脑组织，通过组织病理学分析（苏木精-伊红染色、尼氏染色、氟 Jade B染色）以及分子生物学检测（RT-qPCR、西方印迹法、半定量PCR），来评估氧化应激、炎症反应以及内质网应激状况。

结果

T-2毒素会引发严重的脑损伤，表现为神经元空泡化、尼氏小体消失以及神经元退化。同时，该毒素还会引发氧化应激（Nrf2、HO-1、NQO1表达升高）、神经炎症（TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-18水平上升），以及内质网应激（GRP78、IRE1α、TRAF2、IKKα/β、XBP1表达增加）。而丁酸钠的添加显著减轻了这些组织病理学变化，并降低了上述三方面的过度激活的分子通路活性。

结论

本研究表明，丁酸钠可通过同时缓解氧化应激、神经炎症和内质网应激，为鹌鹑提供全面的神经保护作用，以对抗T-2毒素的伤害。这些发现为将丁酸钠作为饲料添加剂，用于预防家禽因霉菌毒素引发的神经毒性问题提供了理论依据。

引言

霉菌毒素污染动物饲料的现象在全球范围内已十分普遍（Alshannaq & Yu 2017）。作为一种天然的谷物污染物，T-2毒素在自然界中广泛存在，是污染农作物和粮食储藏物的主要毒素之一。其污染对象包括各类谷物、油制品及其加工副产品，如饼粕和复合饲料等。有数据表明，饲料中T-2毒素的检出率为19%（Gruber-Dorninger等，2019）。另有研究显示，在2020到2021年间，超过1100个样本中被检测出三种或更多种霉菌毒素，其中超过80%的样本含有T-2毒素（Wang等，2023）。此外，T-2毒素还在水和中药中被发现。研究表明，谷物在寒冷潮湿的储存环境中更容易产生T-2毒素（Lippolis等，2008；Edwards等，2012）。作为一种脂溶性化合物，T-2毒素可轻易通过皮肤黏膜和胃肠道被吸收，进而损害神经系统、肝脏、肾脏、免疫系统、生殖系统和消化系统，引发机体中毒反应，对动物健康构成严重威胁（Yang等，2020；Zhang等，2021；Sun等，2022）。

T-2毒素可通过多种途径对机体的各种组织和器官产生毒性作用，而神经系统是其重要的靶标之一。由于T-2毒素具有亲脂性，进入体内后会通过调节紧密连接相关蛋白在脑组织中的表达，破坏血脑屏障的完整性，从而对脑组织造成毒性损伤（Sanmarco等，2021；Guo等，2023）。有研究指出，暴露于T-2毒素的脑实质和锥体细胞层会出现出血、脑血管水肿、垂体前叶充血、垂体细胞间隙出血以及核染色加深现象；而线粒体超微结构则会出现肿胀、空泡化、嵴脱落以及膜结构受损的情况（Guo等，2023）。T-2毒素还会导致神经细胞出现形态学变化，如细胞缩小、突起减少。在体外培养的PC12细胞实验中，暴露于T-2毒素的PC12细胞排列紊乱，逐渐失去正常的纺锤形或多边形结构，细胞边界变得模糊，这说明细胞的细胞骨架结构可能已受到损伤，进而影响细胞的正常功能与信号传递（Pei等，2021）。

丁酸钠是丁酸的一种盐类，具有多种有益的特性和作用。它是一种有机化合物，分子式为C4H7O2Na，通常呈白色或淡白色粉末状，有时也会以结晶固体形式存在（Zhou等，2021）。在畜牧业中，丁酸钠制剂被广泛用作饲料添加剂。它能促进动物肠道中有益微生物的生长与繁殖，抑制有害细菌，维持肠道微生态平衡，从而提升动物的生长性能和免疫力，降低疾病发生率（Zou等，2019）。有研究指出，适量补充丁酸钠可以增加犊牛瘤胃中微生物的多样性，有助于调节瘤胃菌群与肠道菌群之间的平衡（Wu等，2024）。此外，丁酸钠还能通过抑制组蛋白去乙酰化酶、减少神经炎症、促进神经营养因子的表达以及改善线粒体功能等方式，实现多靶点的神经保护作用。除了这些已知的功效外，最新研究还表明，丁酸钠能够激活AMPK/PGC-1α信号通路，这一通路是调控线粒体生物发生和能量代谢的关键机制（Lu等，2024），因此可有效对抗毒素引发的线粒体功能障碍。丁酸钠还能促进保护性自噬作用，清除受损的细胞器及错误折叠的蛋白质（Wen等，2024），同时通过G蛋白偶联受体抑制小胶质细胞的促炎反应（Wei等，2023）。通过抑制组蛋白去乙酰化酶、激活AMPK/PGC-1α、增强自噬作用以及激活GPR109A信号通路等多种机制，丁酸钠能够共同发挥作用，缓解氧化应激、神经炎症和内质网应激，因而成为缓解T-2毒素引发的神经毒性的重要候选物质。尽管人们已经知晓T-2毒素的系统性危害，但关于其对家禽的特定神经毒性影响以及膳食干预措施的潜在效果，目前仍存在较大的知识空白。由于鹌鹑与家禽在生理结构上存在相似的脆弱性，因此可作为研究家禽的相关模型。丁酸钠具备抑制组蛋白去乙酰化酶和抗炎等多种靶点生物活性，是非常有潜力的神经保护物质。然而，其针对鸟类因T-2毒素引发的脑损伤的疗效及作用机制尚未得到系统的研究。因此，本研究建立了鹌鹑暴露于T-2毒素的模型，旨在：（1）全面分析由此引发的脑部病理变化，以及氧化应激、神经炎症和内质网应激通路中的相关分子异常；（2）评估丁酸钠的保护作用，并阐明其在这些相互关联的通路中的潜在作用机制。期望这些研究结果能为揭示T-2毒素在鸟类中的神经毒性机制提供新的见解，同时也为在畜禽生产中防控该毒素的危害提供科学依据。

章节节选

动物、饲料及实验设计

本研究从中国广西的一家鹌鹑养殖场购买了240只3日龄的韩国雄性鹌鹑，其体重为7.34±0.81克。这些鹌鹑被饲养在标准动物饲养室中，环境湿度为50±15%，初始温度为36±1摄氏度，之后随着时间推移温度逐渐下降，7天后维持在29±1摄氏度。饲养环境为黑暗状态，持续12小时，鹌鹑可自由取食饮水。在用基础饲料饲养7天后，10日龄的鹌鹑被随机分为8组，每组30只。所使用的基础饲料是为鹌鹑幼崽设计的

丁酸钠可缓解T-2毒素引发的脑部组织病理变化及神经元损伤

在给药后14天和28天，通过对鹌鹑的脑组织进行苏木精-伊红染色，观察脑部病变情况。染色结果显示，对照组的神经细胞大小正常，细胞结构相对完整清晰，排列也较为规整。而T-2毒素组中的神经细胞则排列紊乱，细胞质出现空泡化现象（以红色箭头标注），同时细胞核出现浓缩现象（以黑色箭头标注）。并未出现显著

讨论

霉菌毒素，尤其是T-2毒素，对饲料的污染一直威胁着家禽的健康与生产性能。虽然已有研究证实该毒素会对肝脏、免疫系统和生殖系统造成损害（Makowska等，2017；Smith等，2018；Yang等，2019），但它对鸟类中枢神经系统的影响却鲜有研究。本研究首次证明，T-2毒素会引发鹌鹑脑部的显著组织病理学和分子层面的损伤，其表现包括

结论

总体而言，饲料中添加0.9毫克/千克的T-2毒素会导致鹌鹑出现渐进性的神经毒性损伤，表现为神经元空泡化、尼氏小体消失以及神经元退化。在分子层面，T-2毒素会同时激活三条相互关联的通路：氧化应激通路（涉及Nrf2、HO-1、NQO1蛋白）、神经炎症通路（涉及TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-18蛋白，且随着时间推移IL-10蛋白的表达会出现异常），以及内质网应激通路（涉及GRP78、IRE1α、TRAF2、IKKα/β、XBP1蛋白）。长期暴露于T-2毒素会导致IL-10的补偿作用失效

CRediT作者贡献说明

黄楚英：实验验证、软件应用、研究实施、数据整理。李欣然：项目监督、项目管理、资金筹集。曹长宇：论文初稿撰写、实验验证、方法设计、研究概念构建

未引用参考文献

Saraiva和O’Garra，2010；Yak等人，2012。

利益冲突声明

我们声明，自己与任何可能不当影响我们工作的个人或组织之间不存在任何财务或个人关系，也不存在任何可能影响本研究所阐述观点或 manuscript评审结果的专业或其他个人利益，涉及任何产品、服务或公司。

符合伦理标准

所有动物实验均获得了佛山大学动物实验伦理委员会的批准。

资助信息

广东省基础与应用基础研究基金，项目编号：2022B1515130003

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