丁酸钠缓解呕吐毒素致断奶仔猪肠道损伤的效果及机制研究

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呕吐毒素(Deoxynivalenol,DON)是全球范围内饲料中污染最为严重的霉菌毒素之一。动物摄入DON污染的饲料后,会出现食欲减退、采食量降低、体增重减少、呕吐、腹泻等症状,甚至死亡,给我国养殖业带来巨大危害。在家养动物中,仔猪对DON最为敏感,DON污染对养猪生产造成的损失尤为突出。肠道是DON作用的首要靶器官,探明DON引起仔猪肠道损伤的机制及其营养调控的可行性,对促进养猪生产具有重要意义。丁酸是肠道微生物发酵产生的一种短链脂肪酸,能够增强肠道屏障功能及改善肠道菌群结构,进而促进肠道健康。本研究通过断奶仔猪饲养试验,探讨了丁酸钠对DON暴露引起断奶仔猪肠道损伤的缓解效果及生物学机制,这对指导防控DON毒害作用、促进养猪业健康发展具有重要理论意义和实际价值。本试验以28头28日龄的断奶仔猪为研究对象,采用2×2双因素方差分析(主因子为DON和丁酸钠),随机分成4个处理组:(1)对照组(基础日粮);(2)DON组(含4 mg/kg DON日粮);(3)丁酸钠组(基础日粮+0.2%丁酸钠);(4)DON+丁酸钠组(含4 mg/kg DON日粮+0.2%丁酸钠)。试验期4周,于试验第14 d和第28d采集血液并称重,试验期结束后屠宰取样。主要试验结果如下:1 DON和丁酸钠对断奶仔猪生长性能的影响4 mg/kg DON暴露显著降低了试验第28 d仔猪体重(P<0.05)和15-28 d、1-28d期间的平均日增重(P<0.05),以及第1-14 d、15-28 d和1-28 d期间的平均日采食量(P<0.05);而日粮中添加0.2%丁酸钠显著提高了第14 d、第28 d的仔猪体重(P<0.05)和第1-14 d、15-28 d和1-28 d期间的平均日增重及平均日采食量(P<0.05)。由此可见,日粮中添加丁酸钠可以缓解DON对仔猪造成的生长抑制。2 DON和丁酸钠对断奶仔猪肠道屏障的影响4 mg/kg DON暴露造成了仔猪小肠绒毛萎缩、融合和弥散型顶尖坏死,显著降低了十二指肠、空肠、回肠的绒毛高度和绒毛高度/隐窝深度(P<0.05),提高了十二指肠和空肠的隐窝深度(P<0.05);而日粮添加0.2%丁酸钠缓解了DON造成的小肠形态病理学变化。DON暴露显著提高了仔猪第14 d和第28 d时血清中内毒素的含量(P<0.05),并提高了第28 d时血清中二胺氧化酶的含量(P<0.05);而日粮中添加丁酸钠显著降低了第14 d和第28 d时血清中二胺氧化酶的含量(P<0.05)。此外,DON暴露显著下调了空肠中紧密连接蛋白ZO-1基因(P<0.05)和结肠Occludin基因的表达(P<0.05),且有降低结肠ZO-1基因表达的趋势(0.05<P<0.1);而日粮中添加丁酸钠能缓解DON造成的紧密连接蛋白表达量下调,并且使得空肠中DON+丁酸钠中组Claudin-4的基因表达量较DON组显著上调(P<0.05)。由此可见,日粮中添加丁酸钠可以缓解DON对仔猪造成的肠道屏障破坏。3 DON和丁酸钠对断奶仔猪肝脏功能的影响4 mg/kg DON暴露造成了断奶仔猪肝脏损伤,出现肝细胞空泡变性、局灶性坏死,而日粮中添加0.2%丁酸钠缓解了DON引起的上述病理学变化。此外,DON暴露显著提高了仔猪第28 d时血清中ALP和AST活性(P<0.05);而日粮中添加丁酸钠使得DON+SB组ALP和AST活性较对照组无显著差异(P>0.05),还显著提高了第14 d和第28 d时TP的含量(P<0.05)。同时,DON暴露显著上调了肝脏中IL-1β基因的表达水平(P<0.05),添加丁酸钠使得IL-1β基因的表达水平显著下调(P<0.05)。日粮添加DON和丁酸钠对IL-6、TNF-α基因的表达没有显著影响(P>0.05)。由此可见,日粮中添加丁酸钠可以缓解DON对仔猪造成的肝脏损伤。4 DON和丁酸钠对断奶仔猪肠道菌群结构及代谢的影响4 mg/kg DON暴露和0.2%丁酸钠对仔猪盲肠和结肠的Chao1、Ace、Shannon、Simpson指数没有显著影响(P>0.05)。NMDS分析显示,盲肠各组间菌群组成差异显著(P<0.05),结肠各组间菌群组成差异不显著(P>0.05)。此外,盲肠菌群门分类水平分析:厚壁菌门和拟杆菌门为第一、第二优势门,各个门组间检验无显著差异(P>0.05)。盲肠科分类水平:DON暴露显著提高了断奶仔猪盲肠中Muribaculaceae、unclassified_p__Firmicutes和Family_XIII的相对丰度(P<0.05),而添加丁酸钠显著降低了Lactobacillaceae的相对丰度(P<0.05),具有降低Muribaculaceae相对丰度的趋势(0.05<P<0.1)。盲肠属分类水平:DON暴露显著提高了7个属的相对丰度(P<0.05):norank_f__Muribaculaceae、unclassified_p__Firmicutes、Coprococcus_1、Lachnospira、norank_f__Eggerthellaceae、Ruminococcaceae_NK4A214_group、Ruminococcaceae_UCG-013,显著降低了Terrisporobacter的相对丰度(P<0.05);添加丁酸钠显著降低了3个属的相对丰度(P<0.05):Lactobacillus、Solobacterium和Ruminococcaceae_UCG-013,具有降低norank_f__Muribaculaceae丰度的趋势(0.05<P<0.1)。此外,结肠菌群门分类水平与盲肠门分类水平结果类似。结肠科分类水平:日粮中添加DON具有提高Muribaculaceae相对丰度的趋势(0.05<P<0.1),而添加丁酸钠显著降低了Lactobacillaceae、Muribaculaceae和Enterobacteriaceae的相对丰度(P<0.05)。结肠属分类水平:DON显著提高了仔猪结肠中Lachnospiraceae_UCG-001的相对丰度(P<0.05),具有提高norank_f__Muribaculaceae相对丰度的趋势(0.05<P<0.1);而日粮中添加丁酸钠降低了结肠中5个属的相对丰度(P<0.05):Lactobacillus、norank_f__Muribaculaceae、Lachnospiraceae_UCG-001、Escherichia-Shigella和Family_XIII_UCG-001,同时提高了Prevotella_2的相对丰度(P<0.05)。日粮中添加DON和丁酸钠对盲肠食糜中短链脂肪酸组成差异不显著。但DON暴露显著降低了结肠食糜中乙酸和总SCFAs的含量(P<0.05),并且显著提高了异戊酸和BCFAs的含量(P<0.05);而日粮中添加0.2%丁酸钠能够缓解DON导致的乙酸和总SCFAs含量的下降。由此可见,日粮中添加丁酸钠可以减轻DON对仔猪肠道菌群结构及代谢的不良影响。5 DON和丁酸钠对断奶仔猪食欲调节的影响4 mg/kg DON暴露显著提高了断奶仔猪第14 d血清中PYY的含量(P<0.05),对第28 d血清中PYY和GLP-1的含量具有上升趋势(0.05<P<0.1);而日粮中添加0.2%丁酸钠使得第28 d血清中PYY的含量显著下降(P<0.05)。此外,DON暴露显著上调了下丘脑中厌食肽POMC蛋白的表达水平(P<0.05)同时显著下调了促食肽NPY蛋白的表达水平(P<0.05);而日粮中添加丁酸钠显著下调了POMC蛋白的表达水平(P<0.05)。由此可见,日粮中添加丁酸钠可以调节仔猪胃肠激素和下丘脑食欲肽的表达,进而缓解DON引起的厌食反应。综上所述,本研究得出以下结论:(1)日粮中4 mg/kg DON暴露可造成断奶仔猪生长性能抑制、肠道损伤和肝脏损伤,添加0.2%的丁酸钠对DON导致的不良影响具有明显的改善效果。(2)丁酸钠缓解DON毒性作用的可能机制是:丁酸钠提高了紧密连接蛋白的表达,增强肠道屏障功能;改善了盲肠和结肠菌群结构及代谢,降低有害菌norank_f__Muribaculaceae和Escherichia-Shigella的相对丰度,提高有益菌Prevotella-2的相对丰度,有利于肠道健康,从而缓解DON造成的肠道损伤;此外还调控了胃肠激素及下丘脑食欲肽的表达,刺激食欲,缓解了DON引起的生长性能下降。因此,日粮中添加丁酸钠对防控饲料中DON危害具有良好的应用前景。
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