长期寒冷刺激下迷你猪肾脏的适应策略与恢复机制

《Journal of Thermal Biology》：Adaptation strategies and resilience mechanisms of the kidney in min pigs under long-term cold stimulation

　　摘要- 长期寒冷刺激仅对民猪肾脏造成了轻微的结构性损伤。- 肾脏嘌呤代谢发生重编程，导致尿酸水平降低。- 肾脏的适应性机制减轻了寒冷应激的负面影响。## 引言民猪是中国东北地区的一种传统地方猪种。与其他猪种相比，民猪的特点是产仔数多、耐粗饲、耐寒性强且免疫系统更强（Ma等，2014；Yang等，2021）。此外，民猪的肠道微生物群多样性高于约克夏猪，这反过来促进了机体的抗病表型，并通过微生物群-宿主相互作用预防结肠炎（Zhao等，2022a；Fang等，2024）。将民猪的粪便移植给约克夏仔猪可以改善其肠道微生物群组成并促进其肠道发育（Teng等，2020）。先前的研究表明，长期寒冷刺激对约克夏仔猪的肠道造成了损伤，而对民猪肠道的影响则不那么明显（Sun等，2022）。此外，已有研究表明，虽然长期寒冷刺激阻碍了民猪的生长速度，但在长期寒冷刺激期间，民猪的糖脂代谢特征与结肠微生物群的协同作用促进了它们对低温的适应（Teng等，2023a，2023b）。民猪中由胰高血糖素介导的肝糖原分解途径有助于维持民猪在长期寒冷刺激期间的血糖稳态（Teng等，2023b）。在长期寒冷刺激下，民猪肠道和肌肉中的氨基酸转运体含量显著增强，这促进了民猪对低温环境的适应（Teng等，2023a）。综上所述，这些发现表明民猪具有很强的耐寒能力。气候变化已被公认为21世纪最大的全球健康威胁（Campbell-Lendrum等，2023）。拉尼娜和厄尔尼诺事件的频繁发生对地球环境温度产生了重大影响，进而对动物的生存构成了严峻挑战（Geng等，2023）。地球的高纬度和高海拔地区通常以较低的环境温度为特征，尤其是在冬季。猪的生长发育受外部环境温度影响。当环境温度处于等温区范围内时，有利于猪的生长。然而，当环境温度低于或高于等温范围时，会阻碍猪的生长发育。长时间暴露于寒冷环境中会引发一系列非特异性自身免疫反应，抑制机体生长发育并损害免疫功能（Teng等，2022，2024；Sun等，2023）。肾脏负责调节猪的体液平衡、排泄废物和毒素以及维持酸碱平衡等重要生理功能。尿酸（UA）是嘌呤代谢的产物。哺乳动物（人类除外）中的尿酸酶可将尿酸转化为尿囊素。尿囊素随尿液从体内排出（Visentin等，2026）。肾脏还在内分泌调节和钙磷代谢中发挥作用，并帮助猪抵御长期寒冷刺激对机体的不利影响。研究表明，长期寒冷刺激会导致肾脏损伤。长期寒冷刺激会增加肾脏中的丙二醛（MDA）水平，降低总超氧化物歧化酶（SOD）活性，并损害肾脏的抗氧化功能（Kaushik和Kaur，2003）。长期寒冷刺激可引起血容量减少、房性心律失常和寒冷性利尿，这可能导致肾脏负担加重并进而损害泌尿系统（Sun，2010）。研究表明，生活在寒冷地区的动物增加慢性肾脏病发生的概率（Zhang等，2012）。较低的外部环境已被确认为慢性肾脏病患者年龄标准化死亡率升高的一个因素（He等，2022）。此外，长期寒冷刺激被发现会增加大鼠的尿量/食物摄入量比并导致水分流失，这可能源于抑制了肾脏抗利尿激素受体（Sun等，2003）。因此，阐明民猪肾脏如何为其卓越的耐寒能力做出贡献的机制至关重要。程序性细胞死亡，包括凋亡、焦亡和线粒体自噬，是在特定条件下由细胞启动的自我毁灭过程（Wang和Kanneganti，2021）。程序性细胞死亡是动物正常生理状态下不可或缺的生物学过程。已有研究表明，长期寒冷刺激会扰乱程序性死亡的正常过程，导致机体损伤（Xu等，2019；Liu等，2022；Wang等，2024）。肾脏需要大量能量来维持其生理活动。在所有器官中，肾脏的静息代谢率和线粒体水平仅次于心脏（Pagliarini等，2008；Czajka和Malik，2016）。因此，线粒体在肾脏中的角色对于维持肾脏的正常生理活动非常重要。正常的线粒体功能取决于线粒体动态平衡的稳定性。然而，目前尚无研究确定长期寒冷刺激对肾脏线粒体动力学的影响。长期寒冷刺激是哺乳动物中常见的应激源。在本研究中，我们选用中国东北地区一种以强耐寒适应力著称的独特猪种——民猪作为实验动物，探究长期寒冷刺激影响民猪肾脏的独特作用机制。我们阐明了民猪在寒冷适应期间肾脏的独特调控机制。总体而言，本研究为长期寒冷刺激对肾脏健康的影响提供了一个新颖的视角和初步证据。## 章节摘要### 动物在本实验中，选取了12头健康的女民猪，并随机分为两组：对照组（MC，35.52 kg ± 1.18 kg，n = 6）和长期寒冷刺激组（MS，35.48 kg ± 1.29 kg，n = 6）。对照组的环境温度为17 ± 3 °C，通过电加热器和保温灯维持。长期寒冷刺激组的环境温度为7 ± 3 °C（自然温度）。除温度外，其他所有……### 长期寒冷刺激导致民猪肾脏损伤为评估长期寒冷刺激对民猪肾脏的影响，我们分析了肾脏病理切片和超微结构（图1）。肾脏病理切片显示，MC组的肾小球结构完整，管腔正常，未见明显损伤。MS组的肾小球轻度萎缩和变形，部分管腔扩张（图1A）。此外，MC组和MS组的核膜……### 讨论环境温度是影响猪生产性能和健康的必要因素。作为温血动物，猪对环境温度的变化敏感，并易受长期寒冷刺激的影响。肾脏在猪体内发挥多重作用，包括尿液产生和废物排泄、体液平衡维持、酸碱平衡调节以及内分泌功能（Osborn等，2021）。民猪以其卓越的耐寒能力而闻名。然而……### 结论总之，本研究的结果表明，长期寒冷刺激导致民猪肾脏出现轻度的形态学改变，但未激活焦亡、凋亡或线粒体自噬。有趣的是，长期寒冷刺激诱导了肾脏嘌呤代谢的显著改变，这可能赋予其对不利影响的韧性（图8）。本研究是首次揭示长期寒冷刺激对民猪肾脏功能的影响。这些发现……### CRediT作者贡献声明**孙国栋：** 撰写——初稿，形式分析，数据整理。**赵超越：** 调查研究，概念构思。**王泽：** 撰写——初稿，形式分析，数据整理。**李中宇：** 监督，软件，方法学。**滕滕：** 撰写——审阅与编辑，资源，项目管理，资金获取。**石宝明：** 撰写——审阅与编辑，资源，项目管理。### 伦理声明本研究遵循ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究获得了东北农业大学实验动物管理与使用委员会的批准。（批准号：NEAU-[2025]-3）### 资助本研究得到了**中国博士后科学基金**（2024MD763932）、**黑龙江省博士后科学基金**（LBH-Z24083）和**东北农业大学学术骨干项目**（54960412）的支持。### 利益冲突声明作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本论文所报告的工作。孙国栋 | 赵超越 | 王泽 | 李中宇 | 滕滕 | 石宝明