论文部分内容阅读
随着全球温室效应加剧，热应激问题日益凸显，严重制约乳业发展。目前热应激对泌乳影响仅聚焦于乳腺，运用转录组学、代谢组学等手段分析乳腺对热应激的转录应答和代谢反应。但热应激影响机体是系统性的过程，众多因素共同作用影响泌乳，例如通过下丘脑-垂体轴等。下丘脑是植物神经皮下最高中枢，调节摄食、体温、血压等重要生理过程，更是垂体内分泌系统的激发点。垂体是体内最复杂的内分泌腺体，以神经和内分泌作用调节动物体内生理进程。本研究在明确热应激明显降低小鼠泌乳性能的基础上，运用转录组学联合分析揭示下丘脑-垂体-乳腺轴对热应激的应答机制，探究热应激引起小鼠泌乳性能降低的深层次原因，以期系统地阐明热应激条件下神经内分泌系统如何通过全身的调控影响泌乳性能。
研究选用52只ICR怀孕小鼠作为研究对象，随机分配对照组(n=23;25℃，55％±5％RH)和热应激组（n=29;36℃，55％±5％RH）。对热应激组母鼠每天相同时间段(13:00至15:00)进行热应激处理，分别记录采食量、产奶量、肛门温度、母鼠体重和仔鼠体重等数据。在泌乳第4、8和12天收集乳样，用以检测乳成分。在泌乳第13天每组选取6只母鼠在热处理结束后收集血样。其余母鼠在第13天热处理后断颈处死，采集其下丘脑、垂体和左侧第四对乳腺组织，用于RNA-seq。采集右侧第四对乳腺用于HE切片的制作。
研究结果表明，高温可使小鼠肛门温度升高，采食量降低，母鼠体增重减少，乳腺结构受损，产奶量降低，乳蛋白和乳脂浓度升高，仔鼠发育缓慢，进一步对下丘脑、垂体和乳腺进行转录组分析，结果如下:
1)分别筛选到下丘脑、垂体和乳腺已知差异表达基因68、260和409个，对这些差异表达基因进行GO功能富集分析和KEGG通路富集分析，脑组织中功能主要富集于蛋白质折叠、神经元死亡、ATP酶活性，涉及的通路主要有cAMP信号通路。乳腺组织功能主要富集于对缺氧和激素刺激的反应等，涉及的通路主要有FOXO信号通路和HIF-1信号通路。2）对下丘脑、垂体和乳腺的差异基因建立PPI网络，获得关键基因和关键子网。发现大部分关键基因和关键子网都与热休克蛋白相关。下丘脑中Jun和Fos处于网络中的重要位置，可形成AP-1二聚体调控应激反应。垂体中的子网涉及G蛋白相关基因。乳腺中IGF-1处于关键子网中，其表达下调影响正常泌乳过程。3）热应激导致小鼠内分泌系统紊乱，进而影响泌乳。研究显示，两组下丘脑激素催乳素激素释放激素(PRLH)和生长激素释放激素（GHRH）在转录水平和血清水平均无显著差异，而垂体激素生长激素(GH)和催乳素(PRL)转录或血清水平表达降低，提示其在热应激条件下表达独立于下丘脑。血清中皮质酮激素受热应激影响表现出降低的趋势，提示肝脏糖异生并无激活。热应激条件下，乳腺自分泌-旁分泌细胞因子表达差异影响正常泌乳过程。胰岛素样生长因子(IGF-1)和甲状旁腺激素(PTHLH)在转录水平和组织水平均表达降低，对乳腺细胞的存活和钙平衡产生消极影响。转化生长因子-β(TGF-β)在乳腺内表达增加，提示热应激促使小鼠乳腺细胞产生凋亡信号，提前进入退化状态。
综上，发生热应激时，下丘脑食欲相关神经肽表达紊乱引起动物食欲降低，采食量下降。垂体处于能量负平衡而导致垂体功能减退，使泌乳相关激素(PRL、GH)表达下调，对下游泌乳相关靶基因调控作用减弱。乳腺内存在多重应激（缺氧应激、氧化应激）且自分泌-旁分泌细胞因子(IGF-1、PTHLH)表达下调，对乳腺健康和泌乳维持产生不利影响。以上因素综合导致小鼠泌乳性能下降。本研究对热应激条件下泌乳小鼠下丘脑、垂体和乳腺组织进行多组学联合分析，系统地阐述了神经内分泌系统对热应激应答并进而降低小鼠泌乳性能的机制，为今后热应激研究奠定分子基础，提供新的研究方向。
研究选用52只ICR怀孕小鼠作为研究对象，随机分配对照组(n=23;25℃，55％±5％RH)和热应激组（n=29;36℃，55％±5％RH）。对热应激组母鼠每天相同时间段(13:00至15:00)进行热应激处理，分别记录采食量、产奶量、肛门温度、母鼠体重和仔鼠体重等数据。在泌乳第4、8和12天收集乳样，用以检测乳成分。在泌乳第13天每组选取6只母鼠在热处理结束后收集血样。其余母鼠在第13天热处理后断颈处死，采集其下丘脑、垂体和左侧第四对乳腺组织，用于RNA-seq。采集右侧第四对乳腺用于HE切片的制作。
研究结果表明，高温可使小鼠肛门温度升高，采食量降低，母鼠体增重减少，乳腺结构受损，产奶量降低，乳蛋白和乳脂浓度升高，仔鼠发育缓慢，进一步对下丘脑、垂体和乳腺进行转录组分析，结果如下:
1)分别筛选到下丘脑、垂体和乳腺已知差异表达基因68、260和409个，对这些差异表达基因进行GO功能富集分析和KEGG通路富集分析，脑组织中功能主要富集于蛋白质折叠、神经元死亡、ATP酶活性，涉及的通路主要有cAMP信号通路。乳腺组织功能主要富集于对缺氧和激素刺激的反应等，涉及的通路主要有FOXO信号通路和HIF-1信号通路。2）对下丘脑、垂体和乳腺的差异基因建立PPI网络，获得关键基因和关键子网。发现大部分关键基因和关键子网都与热休克蛋白相关。下丘脑中Jun和Fos处于网络中的重要位置，可形成AP-1二聚体调控应激反应。垂体中的子网涉及G蛋白相关基因。乳腺中IGF-1处于关键子网中，其表达下调影响正常泌乳过程。3）热应激导致小鼠内分泌系统紊乱，进而影响泌乳。研究显示，两组下丘脑激素催乳素激素释放激素(PRLH)和生长激素释放激素（GHRH）在转录水平和血清水平均无显著差异，而垂体激素生长激素(GH)和催乳素(PRL)转录或血清水平表达降低，提示其在热应激条件下表达独立于下丘脑。血清中皮质酮激素受热应激影响表现出降低的趋势，提示肝脏糖异生并无激活。热应激条件下，乳腺自分泌-旁分泌细胞因子表达差异影响正常泌乳过程。胰岛素样生长因子(IGF-1)和甲状旁腺激素(PTHLH)在转录水平和组织水平均表达降低，对乳腺细胞的存活和钙平衡产生消极影响。转化生长因子-β(TGF-β)在乳腺内表达增加，提示热应激促使小鼠乳腺细胞产生凋亡信号，提前进入退化状态。
综上，发生热应激时，下丘脑食欲相关神经肽表达紊乱引起动物食欲降低，采食量下降。垂体处于能量负平衡而导致垂体功能减退，使泌乳相关激素(PRL、GH)表达下调，对下游泌乳相关靶基因调控作用减弱。乳腺内存在多重应激（缺氧应激、氧化应激）且自分泌-旁分泌细胞因子(IGF-1、PTHLH)表达下调，对乳腺健康和泌乳维持产生不利影响。以上因素综合导致小鼠泌乳性能下降。本研究对热应激条件下泌乳小鼠下丘脑、垂体和乳腺组织进行多组学联合分析，系统地阐述了神经内分泌系统对热应激应答并进而降低小鼠泌乳性能的机制，为今后热应激研究奠定分子基础，提供新的研究方向。