慢性铅暴露对雌性日本鹌鹑盲肠微生物多样性及AMPK介导的肝脏脂代谢的影响

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:i4majia
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铅(Pb)是对人类和野生生物最具毒性的重金属之一,它对鸟类的身体、神经和血液学临床症状产生多种负面影响。但是,铅对鸟类肠道菌群和肝脏脂质代谢的影响尚不清楚。在这项研究中,我们使用雌性日本鹌鹑(Coturnixjaponica)研究了慢性铅暴露对盲肠微生物群落多样性、盲肠免疫功能、肝脏氧化应激和AMPK(AMP依赖的蛋白激酶)基于的脂质代谢的影响,我们的结果分为两个部分。第一部分:我们使用雌性日本鹌鹑研究了慢性铅暴露(0、50 ppm和1000 ppm)对盲肠组织学、微生物群落多样性和免疫功能的影响。结果表明,50 ppm的铅暴露引起了盲肠显微结构轻微的损伤,其中包括李氏腺的减少。然而,1000 ppm的铅暴露造成了严重的盲肠组织病理学的改变,其特征为粘膜脱落、李氏腺破坏和淋巴细胞增殖。此外,在50 ppm铅组和1000 ppm铅组中,绒毛高度/隐窝深度的比值显著下降。两种铅浓度(50ppm和1000ppm)均引起了盲肠超微结构的损伤,其特征为细胞核变形、线粒体聚集、空泡化和核染色质凝结。同时,1000 ppm的铅暴露会造成细胞核固缩、核仁边缘化、滑面内质网扩张和微绒毛缩短。通过对16S rRNA进行MiSeq测序,发现在对照组和不同的铅处理组中,1483个一致性为97%OTU通过Usearch被获得。肠道菌群的α多样性分析结果表明,1000 ppm铅组和50 ppm铅组的盲肠微生物群落的Chao1指数和Shannon指数与对照组相比有增加的趋势。正常组与铅处理组肠道菌群的β多样性分析表明,根据未加权的PCoA,对照组、50 ppm铅组和1000 ppm铅组盲肠微生物群落被分为明显的三个组。分级聚类树显示,对照组的3个样本和50 ppm铅组的4个样本聚为一组,而1000 ppm铅组的4个样本和对照组的1个样本聚类为另一组。分类学的分析结果表明,在门水平上,50ppm和1000ppm的铅暴露显著降低了厚壁菌门(Firmicutes)的比例,而显著增加了拟杆菌门(Bacteroidetes)的比例。在科水平上,1000ppm的铅暴露显著增加了拟杆菌科(Bacteroidaceae)和韦荣氏菌科(Veillonellaceae)的比例。在属水平上,1000ppm的铅暴露显著降低了粪杆菌属(Faecalibacterium)和双岐杆属(Bifidobacteria)的比例,显著增加了拟杆菌属(Bacteroides)的比例。此外,在50ppm和1000ppm的铅暴露组中,免疫相关基因如白介素2(IL-2)和干扰素γ(IFN-γ)的mRNA相对表达量显著下调,而白介素6(IL-6)、核因子kappa-B(NF-κB)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)的mRNA相对表达量显著上调。我们得出的结论是,铅暴露可能通过诱导盲肠组织病理学的改变、微生物群落的失调和盲肠免疫的紊乱而导致日本鹌鹑肠道健康受损。第二部分:在上一个实验中三个浓度(0、50和1000ppm)的基础上,我们设定了5个浓度梯度(0、50 ppm、250ppm、500ppm和1000 ppm)来研究慢性铅暴露对雌性日本鹌鹑肝脏组织学、氧化应激和AMPK(AMP依赖的蛋白激酶)基于的脂质代谢的影响。鹌鹑被随机分为5组,每组分别饲喂0、50、250、500和1000 ppm的铅溶液49天。结果表明,250、500和1000 ppm铅暴露会引起严重的组织病理学的损伤,其特征为肝脏脂质空泡化和脂质积累、肝细胞质透明样化和空泡化、肝细胞坏死和肝血窦充血。还引起了超微结构的改变,特征为线粒体肿胀和空泡化、多聚核糖体解聚和脂滴堆积。此外,在所有的铅暴露组中,GPx(谷胱甘肽过氧化物酶)、SOD(超氧化物歧化酶)、CAT(过氧化氢酶)和T-AOC(总抗氧化能力)的活性显著下降,而MDA(丙二醛)的含量显著增加。铅暴露下,与脂肪生成相关的5种转录因子的转录水平呈现出不同的模式,AMPKα1(AMP依赖的蛋白激酶α1)和LXRα(肝X受体α)的转录水平在50、250、500和1000 ppm铅组显著下调,SREBP-1c(胆固醇调节元件结合蛋白-1c)和ChREBP(碳水化合物反应元件结合蛋白)的转录水平在250、500和1000 ppm铅组显著上调,Spot14α(甲状腺激素应答蛋白)的转录水平在250 ppm铅组显著上调。对于5种脂肪生成相关基因,ACL(ATP-柠檬酸裂解酶)的mRNA表达水平未受到铅暴露明显的影响,FAS(脂肪酸合成酶)的mRNA表达水平在50、250、500和1000 ppm铅组中显著上调,SCD-1(硬脂酰辅酶A去饱和酶-1)的mRNA表达水平在250 ppm铅组中显著上调。ACC(乙酰辅酶A羧化酶)和ME(苹果酸酶)的mRNA表达水平在250、500和1000 ppm铅组中显著上调。MCD(丙二酰基CoA脱羧酶)的mRNA表达水平在50、250、500和1000 ppm铅组中显著下调。对于脂肪酸的β-氧化,CPT-1(肉碱棕榈酰转移酶1)和CPT-2(肉碱棕榈酰转移酶2)的mRNA表达水平在250 ppm铅组显著下调,在50、500和1000 ppm铅组中显著上调。我们的结果表明,铅暴露会通过诱导肝脏显微结构和超微结构的损伤、氧化损伤和脂质代谢紊乱而导致鸟类健康受损。
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