《Food Science & Nutrition》:A Plant-Derived Functional Oral Formulation Improves Growth Performance and Hepatic Metabolic Function in Poultry Under Heat Stress: A Nutritional Intervention Study
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热应激(heat stress, HS)破坏肉鸡的生长性能、氧化还原平衡和肝脏代谢功能,对家禽生产构成重大挑战。因此,需要基于植物源性生物活性配方的有效营养策略来提高热应激下的生理韧性。茵黄口服液(Yinhuang oral liquid, YOL)是一种功能
热应激(heat stress, HS)破坏肉鸡的生长性能、氧化还原平衡和肝脏代谢功能,对家禽生产构成重大挑战。因此,需要基于植物源性生物活性配方的有效营养策略来提高热应激下的生理韧性。茵黄口服液(Yinhuang oral liquid, YOL)是一种功能性草药配方,先前已在实验模型中显示出肝脏保护潜力。本研究评估了其对暴露于HS的肉鸡生长性能、氧化状态和肝功能的影响,并探讨了自噬相关调控的可能参与。YOL补充降低了饲料转化率(feed conversion ratio, FCR),减轻了肝脏组织病理学改变,降低了血清总胆汁酸(total bile acid, TBA)水平,并将白蛋白(albumin, ALB)恢复至接近正常水平。YOL还通过降低肝脏丙二醛(malondialdehyde, MDA)水平和增强谷胱甘肽(glutathione, GSH)活性改善了氧化状态。此外,透射电子显微镜显示,接受YOL的HS暴露肉鸡肝脏中线粒体形态改善且自噬增强。网络药理学分析表明,mTOR信号通路及其下游自噬相关通路与YOL在HS条件下的效应密切相关。分子对接进一步表明,黄芩苷(baicalin)、汉黄芩苷(wogonoside)、木蝴蝶素A-7-O-葡萄糖醛酸苷(oroxylin A-7-O-glucuronide)和东莨菪苷(scopolin)与mTOR具有强结合亲和力。在分子水平上,与HS组相比,YOL增加了LC3、Beclin1和mTOR的肝脏mRNA水平,上调了Beclin1、mTOR和p-ULK1的蛋白表达,降低了p-mTOR和ULK1水平,并显著增加了LC3-I、LC3-II、Atg4B、Atg7、Atg5、Atg12和Atg16L1的蛋白表达。这些发现表明,YOL作为一种功能性草药配方,可能作为一种有前景的营养干预措施,部分通过调节mTOR/ULK1相关自噬来改善热应激肉鸡的生长性能、氧化状态和肝脏代谢功能。
热应激是集约化家禽生产中的重大挑战,会损害生长性能、饲料效率、生理稳态和健康状态。肝脏作为营养代谢和解毒的中枢器官,尤其容易受到热应激损伤,表现为代谢紊乱、氧化还原失衡和炎症反应。现有的环境控制策略成本较高,常规营养干预在严重热应激下维持代谢和器官功能的效果有限。因此,开发基于植物源性生物活性物质的功能性营养配方,以增强家禽的热应激耐受性具有重要意义。茵黄口服液(YOL)由茵陈蒿(Artemisiae capillaris Thunb)和黄芩(Scutellaria baicalensis Georgi)制备,先前研究已建立其制备工艺与质量标准,并显示出肝脏保护潜力。本研究旨在评估YOL对热应激肉鸡肝脏功能和代谢反应的影响,尤其关注氧化状态和自噬相关调控。
研究人员以90只两週龄健康雄性Ma SPF鸡为对象,随机分为对照组、热应激模型组、维生素C阳性对照组及YOL高、中、低三个剂量组,进行为期7天的热应激暴露。通过超高效液相色谱-质谱联用(UPLC-MS/MS)分析YOL成分,采用网络药理学和分子对接预测核心靶点,并结合血清生化指标、肝脏组织病理学、氧化指标、透射电镜、Western blot及实时荧光定量PCR等检测手段,系统评价了YOL对热应激肉鸡生长性能、肝功能和氧化状态的影响。结果表明,YOL能够降低热应激导致的饲料转化率(FCR)升高,减轻肝脏组织病理损伤,恢复血清总胆汁酸(TBA)和白蛋白(ALB)水平,降低肝脏丙二醛(MDA)含量并增强谷胱甘肽(GSH)活性,改善线粒体超微结构,并通过调控mTOR/ULK1通路激活自噬。这些发现提示YOL作为一种功能性植物配方,可作为一种有前景的营养干预措施缓解家禽热应激,改善生产性能和肝脏健康,论文发表在《Food Science 》。
本研究采用的主要关键技术方法包括:利用UPLC-MS/MS对YOL进行成分定性与定量分析;基于网络药理学预测YOL与热应激的共享靶点,并通过分子对接验证代表性化合物与mTOR的结合能力;以90只两週龄健康雄性Ma SPF鸡(来自广东温氏新兴大华农禽蛋有限公司SPF实验动物中心)进行动物分组实验,结合血清生化、肝脏组织病理学(苏木精-伊红染色)、透射电镜、Western blot和实时荧光定量PCR检测相关指标。这些方法从成分鉴定、靶点预测、整体动物表型和分子机制层面全面解析了YOL的营养干预效应。
3.1 YOL的UPLC-MS/MS分析:通过超高效液相色谱-质谱联用技术鉴定出YOL中含有843种化合物,主要包括黄酮类(196种,26.78%)、苯丙素类(123种,16.80%)、碳水化合物及苷类(85种,11.61%)等。相对丰度前30的化合物中,黄芩苷、汉黄芩苷、木蝴蝶素A-7-O-葡萄糖醛酸苷等为主要成分,其中黄芩苷相对含量最高(36.75%),为其定量参考物质。
3.2 支持性网络药理学和对接分析:网络药理学共筛出111个YOL与热应激的共享靶点,核心靶点富集于mTOR信号通路、自噬、PI3K/Akt信号通路、凋亡及FoxO信号通路。分子对接显示黄芩苷(结合自由能?10.5 kcal/mol)、汉黄芩苷(?9.8 kcal/mol)、木蝴蝶素A-7-O-葡萄糖醛酸苷(?9.7 kcal/mol)和东莨菪苷(?8.2 kcal/mol)与mTOR的ATP结合口袋具有较强亲和力,提示这些成分可能直接调节mTOR活性。
3.3 YOL增强热应激肉鸡的生长性能:与对照组相比,热应激模型组终末体重、平均日采食量(ADFI)和平均日增重(ADG)显著降低,FCR显著升高。与模型组相比,维生素C和YOL-L(2.5 g/kg)显著提高ADG,维生素C、YOL-L和YOL-M(5 g/kg)显著降低FCR,其中YOL-M的FCR最低。整个实验期间无死亡,表明YOL可部分恢复热应激导致的生长性能下降。
3.4 YOL减轻热应激肉鸡肝脏病理损伤:大体观察显示模型组肝脏表面出现坏死和出血点,组织学可见中央静脉和汇管区明显炎性细胞浸润;维生素C和YOL中、高剂量组未出现明显炎性浸润,仅YOL-L组汇管区有轻度炎性细胞浸润,表明YOL能缓解热应激引起的肝脏组织病理损伤。
3.5 YOL缓解热应激肉鸡肝损伤相关生化指标变化:热应激显著升高血清天冬氨酸氨基转移酶(AST)和TBA水平,对碱性磷酸酶(ALP)、ALB和丙氨酸氨基转移酶(ALT)无显著影响。与模型组相比,YOL-H(10 g/kg)显著降低TBA并恢复至对照组水平,且显著低于维生素C组;YOL-M也显著降低TBA。YOL-H还显著降低ALB至对照水平。各组间AST、ALP和ALT无显著差异。
3.6 YOL恢复热应激肉鸡肝脏超微结构改变:透射电镜观察显示模型组肝细胞线粒体嵴崩解、碎裂甚至消失,部分线粒体膜破裂,内质网轻度扩张。YOL补充改善了线粒体形态,表现为膜更完整、嵴排列整齐,并剂量依赖性地增加自噬体数量,有助于维持细胞稳态。
3.7 YOL恢复热应激肉鸡肝脏氧化还原平衡:热应激显著上调肝脏热休克蛋白70(HSP70)的mRNA和蛋白表达,并增加MDA含量、降低GSH活性。维生素C和YOL-L显著降低HSP70蛋白表达,YOL-H反而增强其表达,呈现剂量相关的双相效应。维生素C和所有YOL剂量均显著降低MDA含量,维生素C和YOL-H显著恢复GSH活性,表明YOL改善了热应激引起的肝脏氧化应激状态。
3.8 YOL改善热应激肉鸡自噬损伤:模型组肝脏LC3-I、LC3-II、Atg12和Atg16L1蛋白表达显著降低,表明热应激抑制自噬。维生素C和YOL均能逆转这一抑制,其中YOL-M和YOL-H剂量依赖性地恢复所有检测的自噬相关蛋白(LC3-I、LC3-II、Atg4B、Atg5、Atg7、Atg12和Atg16L1)。与维生素C相比,YOL-H对LC3-I、LC3-II、Atg4B、Atg5和Atg7的激活更强,但对Atg12和Atg16L1的作用较弱,提示两者通过部分不同的机制调节自噬。
3.9 YOL抑制热应激肉鸡肝脏mTOR及其磷酸化:热应激显著升高p-mTOR蛋白表达和p-mTOR/mTOR比值,降低Beclin1和LC3的mRNA及蛋白水平。YOL-M和YOL-H显著上调Beclin1和LC3 mRNA,YOL-H对p-mTOR/mTOR比值的降低作用最明显,并激活ULK1-Beclin1轴。与维生素C相比,YOL-H和YOL-M显著增加Beclin1 mRNA,表明YOL通过抑制mTOR信号、激活下游自噬通路发挥保护作用。
讨论部分指出,热应激诱导的肝脏损伤与氧化应激增强和自噬抑制密切相关。YOL中的主要活性成分,尤其是黄酮类化合物,可通过清除自由基、降低脂质过氧化、恢复GSH水平来改善肝脏氧化还原状态。YOL还能恢复受损的线粒体超微结构,并通过抑制mTOR磷酸化、激活ULK1-Beclin1信号轴促进自噬,从而清除受损线粒体和蛋白质聚集体,维持肝脏稳态。网络药理学和分子对接结果为YOL成分直接靶向mTOR提供了支持性证据,但该结论仍需通过mTOR特异性抑制剂或基因敲除的细胞实验进一步验证。本研究也存在一定局限性,例如未测定YOL中其他生物活性成分的绝对浓度,以及基于计算机的预测需要实验确认。
结论:YOL补充改善了热应激肉鸡的饲料效率、肝功能和氧化平衡,表明其在减轻热应激对肉鸡健康和生产力不利影响方面的有益作用。YOL还改善了线粒体完整性并增强了自噬相关反应,这可能有助于热应激下更好的细胞适应。这些发现表明,YOL可能作为一种有前景的植物源性功能配方,用于家禽生产的营养管理和热应激缓解。