氨暴露后仔猪肺组织和血清的代谢组研究

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保育仔猪对猪舍环境的变化十分敏感。在冬季,为了保持猪舍内的温度,猪舍内的通风条件差,容易导致氨气在猪舍内发生积累。猪长期暴露在高浓度的氨气环境中会诱导呼吸道损伤,引起免疫力下降和生长速度减缓等一系列不利反应。但是目前关于氨气的毒性机制仍然不是很清楚,为了进一步揭示仔猪对氨暴露的应答机制,本研究分别选取了 0 mg/m3(对照组)、13.91 mg/m3(低氨暴露组)和34.76 mg/m3(高氨暴露组)三个不同的氨气浓度,在自主研发的环境多变量控制养殖试验箱内对18头7周龄大白母仔猪进行为期30 d的氨暴露试验(每组6头)。待试验结束以后收集仔猪的血清和肺组织,进行代谢组学分析。本研究的主要研究结果如下:(1)通过肺组织病理学切片发现,相比于对照组,在低氨暴露组中仔猪肺泡结构基本正常,肺组织没有发生明显的损伤;而在高氨暴露组中仔猪肺组织出现肺泡内出现大量炎性细胞浸润,肺泡数量急剧减少,肺部纤维化严重和局灶性出血。对肺组织中丙二醛(MDA)的含量进行检测,发现MDA的含量在高氨暴露组中发生了明显的增加,这表明肺组织此时发生了明显的膜脂过氧化。(2)通过对仔猪的血清和肺组织进行代谢组学分析,在肺组织中共鉴定到60种代谢物(18种有机酸、16种氨基酸、10种其他物质、5种脂肪酸、4种核苷酸、3种糖醇、2种糖和2种脂质);在血清中共鉴定到64种代谢物(22种氨基酸、16种有机酸、10种其他物质、7种脂肪酸、3种糖醇、3种脂质、2种糖和1种核苷酸)。利用偏最小二乘法判别分析(Partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)对代谢组数据进行可视化,结果表明氨暴露后仔猪肺组织和血清的代谢指纹谱均发生了明显的改变。设置PLS-DA模型的变量投影重要性(Variable important in the projection,VIP)大于1和T检验的p值小于0.05为差异代谢物筛选的标准,本研究分别从肺组织和血清中鉴定到15种和21种差异代谢物。(3)将肺组织中筛选到的15种差异代谢物进行通路富集分析,发现肺组织中有四条通路(牛磺酸和亚牛磺酸代谢,亚油酸代谢,氮代谢和丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢),在仔猪受到氨暴露后受到了严重的扰动。相比于对照组,N,N-二乙基乙酰胺、琥珀酸、酪氨酸、磷酸乙醇胺和亚油酸含量在氨暴露组中均发生了明显的增长,但在高氨暴露组中相比于低氨暴露组发生了明显的下降。1-单棕榈酸甘油脂、青蟹肌醇、葡萄糖、喹啉酸、十八醇和天冬氨酸含量在氨暴露组中均发生了明显的下降,其中天冬氨酸、葡萄糖、十八醇和喹啉酸的含量在高氨暴露组相比于低氨暴露组发生了明显的增长。谷氨酸、牛磺酸和乳糖的含量随着氨暴露浓度的升高,先减少后增加。肺组织中的甘油含量随着试验中氨气处理浓度的增大,呈现先增加后减少的趋势。(4)将血清中筛选到的21种差异代谢物进行通路分析,发现血清中有五条通路(氨酰-tRNA生物合成,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,氰基氨基酸代谢,β-丙氨酸代谢和谷胱甘肽代谢),在仔猪受到氨暴露后受到了严重的扰动。相比于对照组,血清中的1-甘油硬脂酸脂和赖氨酸含量在氨暴露组中发生了明显的增长。相比于对照组,血清中的葡萄糖、甘氨酸、肌肉肌醇、果糖、乳酸、柠檬酸、丙氨酸、甘油和焦谷氨酸含量在氨暴露组中发生了明显的下降。肌肉肌醇和乳酸的相对含量在高氨暴露组相比于低氨暴露组发生了增长。苹果酸、谷氨酸和1-甘油棕榈酸脂的相对含量随着试验中氨气处理浓度的增大,呈现先增加后下降的趋势。牛磺酸、脯氨酸、磷酸、苏氨酸、尿素、丝氨酸和缬氨酸的相对含量随着试验中氨气处理浓度的增大,呈现下降后增加的趋势。结论:长期的氨暴露导致仔猪肺组织发生损伤和炎症反应,肺组织和血清中能量代谢相关的代谢物水平发生改变,糖酵解被激活,三羧酸循环被抑制。
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