短链脂肪酸及其受体对山羊反刍功能形成的作用机理研究

Rumination is a kind of special physiological function in the digestive process of ruminants. Ruminal smooth muscle contraction is closely related to the rumination function. Short chain fatty acids, the main metabolic products of ruminal microbes fermentation, can promote the ruminal development, and the contraction of gastrointestinal muscle. At present, it has not been reported that the promotion mechanism of short chain fatty acids on ruminal muscle contraction at different growth stages of ruminants and whether their receptors mediate the contraction of ruminal smooth muscle. In the present study, effects of SCFAs and their receptors on the proliferation of rumen epithelial cells and smooth muscle cells will be investigated using in vitro techniques of cell culture. Meanwhile, rumen epithelial cells will be cocultured with smooth muscle cells in vitro, and to investigate the effects of SCFAs and their receptors on morphology, growth, muscle contraction and expression and phosphorylation levels of related regulation proteins of smooth muscle cells. The results will explore the possible mechanism of rumination function formation induced by short chain fatty acids and their receptors, it will be helpful to improve the ruminal ruminantion function and to keep the health of rumen.

反刍功能是反刍动物消化过程中独特的生理功能,瘤胃平滑肌收缩能力与反刍功能密切相关，短链脂肪酸（SCFAs）作为瘤胃微生物发酵的主要代谢产物，不仅能促进瘤胃发育，而且能促进胃肠道肌肉收缩。目前，短链脂肪酸对反刍家畜瘤胃不同发育阶段肌肉收缩影响机制及其受体是否介导短链脂肪酸的这种作用尚未见报道。本试验拟以山羊瘤胃不同发育阶段的瘤胃上皮和平滑肌细胞为研究对象，采用体外细胞培养技术研究SCFAs对瘤胃上皮和平滑肌细胞生长增殖的影响，并构建体外瘤胃上皮细胞与平滑肌细胞共培养模型，研究当SCFAs作用于上皮细胞时，瘤胃平滑肌细胞的细胞形态、增殖及肌肉收缩和相关调节蛋白的表达及磷酸化的变化情况。旨在揭示SCFAs及其受体对瘤胃发育过程中反刍功能形成的可能作用机制，为反刍家畜瘤胃反刍功能的完善及调控瘤胃健康稳衡提供科学依据。

反刍功能是反刍动物消化过程中独特的生理功能,瘤胃平滑肌收缩能力与反刍功能密切相关，短链脂肪酸（SCFAs）作为瘤胃微生物发酵的主要代谢产物，不仅能促进瘤胃发育，而且能促进胃肠道肌肉收缩。目前，短链脂肪酸对反刍家畜瘤胃不同发育阶段肌肉收缩影响机制尚未见报道。本试验以山羊瘤胃不同发育阶段的瘤胃上皮和平滑肌细胞为研究对象，采用体外细胞培养技术研究了SCFAs对瘤胃上皮和平滑肌细胞生长增殖的影响，并构建了体外瘤胃上皮细胞与平滑肌细胞共培养模型，研究当SCFAs作用于上皮细胞时，瘤胃平滑肌细胞的细胞形态、增殖及肌肉收缩和相关调节蛋白的表达及磷酸化的变化情况。乙酸钠、丙酸钠和丁酸钠的作用浓度均为10 mM，三种短链脂肪酸混合物（CAB）的比例为6:3:1。短链脂肪酸及其混合物的作用时间为24 h。研究结果表明，10 mM浓度的乙酸钠、丙酸钠、丁酸钠对各日龄瘤胃上皮细胞和平滑肌细胞形态均无显著影响，而对各日龄瘤胃上皮细胞和平滑肌细胞增殖影响不同。短链脂肪酸显著影响各日龄瘤胃平滑肌细胞细肌丝调节蛋白caldsmen、肌球蛋白重链MYH11、PPP1R14A、PRKCD、PRKCE、RhoA、细胞骨架蛋白STMN、cyclophilin A基因表达，对calponin、肌球蛋白轻链、激酶ILK、MYLK、ROCK1、ROCK2、细胞骨架蛋白tubulin基因表达无显著影响。但对各日龄瘤胃平滑肌细胞MYLK、PKCδ、PKCε、ROCK1、tubulin蛋白表达均无显著影响。在瘤胃上皮细胞和平滑肌细胞共培养体系中，短链脂肪酸显著影响各日龄瘤胃平滑肌细胞肌球蛋白轻链MYL6、激酶MYLK、细胞骨架蛋白cyclophilin A基因表达，而对细肌丝调节蛋白caldsmen、calponin、肌球蛋白重链MYH11、肌球蛋白轻链MYL6B、MYL7、MYL9、MYL12B、激酶ILK、PPP1R14A、PRKCD、PRKCE、ROCK1、ROCK2、RhoA、细胞骨架蛋白STMN、tubulin基因表达无显著影响，而对各日龄瘤胃平滑肌细胞MYLK、PKCδ、ROCK1、RhoA、tubulin蛋白表达均无显著影响。该结果揭示了SCFAs对瘤胃发育过程中反刍功能形成的可能作用机制，将为反刍家畜瘤胃反刍功能的完善及调控瘤胃健康稳衡提供科学依据。