基于p53信号通路的丝氨酸抗氧化应激作用及机制研究

Serine lies at the central node linking biosynthetic flux from glycolysis to glutathione synthesis and methionine metabolic cycle which are both closely related to antioxidant capacity. Until now, there is no report about the effects of dietary serine on the alleviation of oxidative stress in piglets at home and abroad. This project will be conducted to study the effects of different dietary serine contents on oxidation products, glutathione antioxidant system, methionine metabolic cycle and DNA methylation in diquat-induced piglets. Based on these research, the appropriate level of dietary serine will be confirmed. Moreover, we will isolate primary hepatocytes from piglets and p53 expression will be inhibited with interference RNA, in order to explore whether p53 plays an important role in the protective effects of serine on oxidative stress. It is anticipated that our results will provide a novel theoretical basis for the use of serine on the prevention of oxidative stress in piglets.

丝氨酸处于多个重要代谢过程的中间枢纽位置，他将糖酵解与蛋氨酸循环和谷胱甘肽合成等联系起来。丝氨酸的代谢产物与机体抗氧化应激功能紧密相关，一方面丝氨酸是谷胱甘肽合成的重要前体物质，另一方面丝氨酸可提供一碳单元使半胱氨酸再次甲基化生成蛋氨酸，从而缓解半胱氨酸引起的氧化应激。目前国内外关于日粮添加丝氨酸对仔猪氧化应激的缓解作用研究尚无报道。本研究拟通过腹腔注射敌草快建立仔猪氧化应激模型，探讨日粮添加不同水平丝氨酸对仔猪氧化应激反应、谷胱甘肽抗氧化系统、蛋氨酸循环和DNA甲基化水平的影响，并确定日粮丝氨酸最适添加水平。我们还将通过分离仔猪肝脏原代细胞并构建干扰p53基因表达的肝细胞模型，探讨p53信号分子在丝氨酸抗氧化应激过程中的作用，以阐明丝氨酸抗氧化应激的作用机制。这将有利于完善氨基酸抗氧化应激作用的基础理论研究，为建立仔猪氧化应激的氨基酸营养综合防控技术提供理论依据。

随着我国现代畜牧养殖业集约化的不断发展以及人们对动物福利意识的增强，氧化应激已成为畜牧养殖工作者的研究重点和热点。近年来，条件性必需氨基酸和非必需氨基酸在猪日粮中的功能性作用逐渐被人们所关注。本项目研究了不同浓度丝氨酸(一种功能性氨基酸)对断奶仔猪生长性能、腹泻率以及肠道健康的影响；基于体内实验研究结果，我们进一步研究了丝氨酸缺失以及外源添加丝氨酸对猪肠上皮细胞氧化应激的影响。实验以猪肠上皮细胞为模型，通过添加过氧化氢构建了肠上皮细胞氧化应激模型，探讨外源丝氨酸缺失对猪肠上皮细胞的影响。此外，进一步探讨外源添加丝氨酸对过氧化氢诱导的猪肠上皮细胞氧化应激的影响及作用机制。.结果发现，丝氨酸显著提高了断奶仔猪日增重并降低了腹泻率，但对采食量、料肉比以及器官重等无显著影响。日粮添加丝氨酸显著提高了空肠和回肠绒毛高度，缓解了断奶引起的肠道绒毛和微绒毛脱落，抑制炎症因子表达和细胞凋亡，提高抗氧化酶活性等。这些结果表明丝氨酸可通过保护肠道屏障功能、缓解肠道炎症和氧化应激反应来维持肠道健康。体外实验表明，长时间丝氨酸的缺乏虽不会引起肠上皮细胞发生氧化应激，但是会加剧处于氧化应激状态下的细胞的应激反应。丝氨酸可显著缓解过氧化氢引起的氧自由基在肠上皮细胞的聚集；添加丝氨酸能显著缓解过氧化氢引起的谷胱甘肽含量显著降低，谷胱甘肽合成酶活性降低，以及谷胱甘肽合成相关酶基因表达降低。但添加谷胱甘肽合成的抑制剂后，丝氨酸的上述作用均被抑制。这些结果表明丝氨酸可能通过促进谷胱甘肽合成，从而增强肠上皮细胞的抗氧化应激能力。.依托于本项目，我们首次证明丝氨酸可能通过保护肠道屏障和抑制炎症反应来缓解断奶引起的仔猪应激，从而提高断奶仔猪生长性能和降低腹泻率。我们进一步阐明了丝氨酸通过促进谷胱甘肽的合成来发挥缓解肠上皮细胞氧化应激的作用机制。体内体外实验两方面的研究表明丝氨酸可作为潜在的抗生素替代物应用于断奶仔猪。