水剥夺应激对鸡肝脏血压调节和应激反应相关基因表达的影响

《Frontiers in Physiology》：Effects of water-deprivation stress on the expression of hepatic genes involved in blood pressure and stress response in chickens

　　

水摄入对家畜的生产性能和福利至关重要。理解缺水期间水稳态与应激反应的机制，对于可持续家禽生产十分必要。本研究探讨了水剥夺（WD）对按高（HW）和低（LW）水效率选育的肉鸡肝脏中与血压（BP）调节和应激反应相关基因的影响。分析的基因包括血管紧张素原（AGT）、肾素（REN）、糖皮质激素受体（GR）、11β-羟基类固醇脱氢酶-1（11β-HSD₁）和脑源性神经营养因子（BDNF），并在肝脏中检测。两个品系的鸡分别经历0、12和24 h的WD，肝样本于第38-40天采集。结果表明，HW品系雄性个体的AGT和REN水平高于雌性，表明肝脏中AGT和REN存在性别特异性表达。12 h和24 h WD的影响在HW鸡中比LW鸡更为显著，且不受性别影响，提示HW鸡对WD应激具有更高的反应性。在HW和LW品系中，雌性的GR和11β-HSD₁水平均高于雄性。WD升高了HW雄性的GR和11β-HSD₁表达，但在HW雌性中无此效应，表明HW鸡肝脏存在性别特异性应激反应。相反，LW雌性在WD后GR水平下降，且24 h WD后两性别的11β-HSD₁均降低，提示LW鸡出现不良应激反应。BDNF表达在HW雄性中比HW雌性高3倍，而在LW中无显著性别差异，提示BDNF可能在WD应激反应和肝脏健康中发挥功能作用。WD在两个品系中均引起BDNF随时间依赖性下降，表明水效率不影响BDNF表达的性别差异。总体而言，与LW鸡相比，HW鸡可能在水稳态和血压调节方面表现出更强的适应力。肉鸡肝脏BDNF表达水平可能作为家禽健康的潜在诊断标志物。

水资源短缺是家禽生产面临的关键限制因素之一。随着肉鸡产业规模扩大，自由饮水供给难以始终得到保障，肉鸡可能面临不同时长的限水。因此，选育高水效率（HW）和低水效率（LW）肉鸡品系成为应对缺水问题的潜在策略。本研究基于水转化率（WCR，水摄入量/体重增重）对肉鸡进行双向选育，并利用第六代HW和LW品系，系统评估水剥夺（WD）对肝脏中血压调节和应激反应相关基因表达的影响。研究背景涉及气候变化加剧水资源匮乏，以及家禽业对高效用水品系的需求。以往研究已明确肾素-血管紧张素系统（RAS）在调节血压和体液平衡中的核心作用，但WD如何通过肝脏基因表达影响鸡的血压调控和应激反应，特别是性别和品系间的差异，尚不清楚。此外，应激反应的核心环节——下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴与水平衡密切相关，而肝脏作为糖皮质激素（GC）作用的重要靶器官，其糖皮质激素受体（GR）和11β-羟基类固醇脱氢酶-1（11β-HSD₁）在应激调控中发挥关键作用。脑源性神经营养因子（BDNF）被视为潜在的动物健康标志物，但其在肝脏WD应激中的角色尚待阐明。因此，研究人员提出假说：HW和LW肉鸡在肝脏血压调节和应激反应相关基因表达上存在差异，并开展本项研究。该研究发表在《Frontiers in Physiology》。

研究人员将第六代HW和LW肉鸡按品系、性别和WD时长（0、12、24 h）分为12个处理组，每处理包含15只鸡，共360只，来自美国阿肯色大学家禽研究农场。在第39至40天，每个处理随机选取8只鸡，通过颈椎脱臼处死后采集肝脏样本。主要技术方法包括：使用TRIzol试剂提取肝组织总RNA，经DNase I处理和RNeasy试剂盒纯化；以GAPDH、β-actin和18S rRNA为内参，通过逆转录-实时定量PCR（qRT-PCR）检测血管紧张素原（AGT）、肾素（REN）、GR、11β-HSD₁和BDNF的mRNA表达量，采用2^?ΔΔCt方法计算相对表达量；使用JMP软件进行双因素方差分析（ANOVA），以品系和性别为分类变量，并检验交互作用，显著性水平设为P < 0.05。样本量为每处理8只，共96个样本用于统计分析。

结果部分包括以下四个方面。第一，在无WD条件下，AGT在HW和LW两个品系雄性中的表达显著高于雌性；REN仅在HW雄性中显著高于其他组；GR和11β-HSD₁在两种品系雌性中的表达显著高于雄性。这表明肝脏中血压调节和应激相关基因存在性别二态性表达。第二，WD对AGT和REN表达的影响呈现品系差异。HW雄性在24 h WD时AGT表达升至峰值，而在HW雌性中AGT在12 h升高后于24 h回落；LW雄性的AGT在12 h下降而后恢复，LW雌性则在24 h时显著降低。REN在HW雄性中于12 h和24 h均显著上调，但在LW鸡中无显著变化。这些结果表明HW鸡在WD时能更有效地激活肝脏RAS成分，可能有助于维持血压稳态。第三，WD对GR和11β-HSD₁的影响也存在性别和品系特异性。HW雄性在12 h和24 h WD后GR表达分别上升244%和400%，11β-HSD₁上升约230%；HW雌性无显著变化。相反，LW鸡的GR在24 h时下降，11β-HSD₁在24 h时两性别均显著降低，提示LW鸡可能表现为慢性应激或适应不良。第四，BDNF表达在HW雄性中比HW雌性高3.8倍，但LW品系无性别差异；WD导致两个品系BDNF随时间下降，HW雄性在24 h后下降75%。这些结果提示BDNF可能作为WD应激和肝脏健康状态的潜在标志物。

在讨论部分，研究人员指出，HW鸡在WD期间通过上调肝脏AGT和REN表达，可能增强RAS活性以维持血压和水钠平衡，表现出比LW鸡更强的抗缺水能力。HW雄性上调GR和11β-HSD₁表达，反映典型的急性应激反应，而LW鸡的GR和11β-HSD₁下调则提示慢性应激导致的负反馈受损。BDNF的减少可能与WD诱导的糖皮质激素信号激活有关，支持BDNF作为肝脏应激反应灵敏指标的观点。研究结论翻译如下：本研究探讨了WD如何调控高、低水效率肉鸡肝脏中参与血压和应激反应基因的表达。肝脏中AGT和REN的协同表达可能代表一种通过肝外器官控制脱水期间血压的生理机制。在HW雄性中维持GR和11β-HSD₁反应可能对应激管理具有重要意义。值得注意的是，水效率选育并未影响BDNF表达，而WD诱导的BDNF下降可能为BDNF在此条件下的关键作用提供证据。总体而言，WD似乎刺激了HW鸡肝脏RAS成分和应激反应基因的表达。持续的研究可加深对肉鸡水平衡的理解，并有助于制定增强肉鸡应对缺水能力的策略，例如基于BDNF作为WD反应标志物进行缺水耐受型肉鸡的遗传选育。