乳果糖通过内源氢气缓解DON诱导仔猪肠道损伤的机制研究

Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals, which could suppress intestinal injure. However, hydrogen is unstable which cannot be well applied in animal production. Lactulose is an ideal hydrogen source which can be bacterially fermented in the intestinal and induce dramatic amount of endogenous H2, and exerted anti-inflammatory and antioxidant effects in animal models. Deoxynivalenol occurs predominantly in grains and feed. Consumption of DON-contaminated feed in pigs causes a refusal to feed and lack of weight gain. DON mainly impacts the gastrointestinal tract, causing epithelial injuries of the intestine, leading to intestinal inflammatory response causing intestinal damage. Based on our previous studies, the in vivo and in vitro models will be used to explore the protective effects of lactulose on DON-induced intestinal injury and it’s regulatory mechanisms in weaned piglets by PCR/DGGE, immunohistochemical assay, fluorescent staining, RT-PCR, Western Blot and cell culture. The objective of this study is to investigate novel way to increase hydrogen gas production for promoting the gut healthy via the regulation of Keap1-Nrf2/ARE and MAPKs pathways. This project not only provides new idea to protect the gut health by nutrition manipulation, but also has great significance and practical value for against the DON contamination in weaned piglets.

氢气作为选择性抗氧化物质，对肠道损伤具有保护作用。但氢气性质不稳定，制备和保存难度高，不易在动物生产中广泛应用。乳果糖作为一类多糖，不能被动物直接消化吸收，而能被微生物利用并产生大量的氢气，是理想而稳定的内源氢气来源。脱氧雪腐镰刀菌烯醇（DON）是污染饲料的主要霉菌毒素之一，仔猪对其尤为敏感。研究证实，DON严重损伤肠道结构，降低生产性能。本项目拟在本人前期工作基础上，通过构建在体和离体模型，利用PCR/DGGE、免疫组织化学、荧光染色、荧光定量PCR、Western Blot、细胞培养等技术，探明乳果糖通过内源氢气介导Keap1-Nrf2/ARE和MAPKs信号通路，缓解DON造成仔猪肠道损伤的调控作用和分子机制。本研究从动物营养学和氢气生物学角度入手，着眼于霉菌毒素污染问题，探明乳果糖在保护DON诱导仔猪肠道损伤中的调控作用，为防治DON污染提供新的方法与理论支持，具有重要实用意义。

近年来，霉菌毒素污染问题成为动物生产中关注的热点。镰刀菌毒素是霉菌毒素中最为重要的一类，广泛存在于各类谷物食品、饲料和动物产品中。该类毒素可造成生殖毒性、血液毒性、免疫毒性和氧化应激等，影响动物机体的生长发育和健康，仔猪对其尤为敏感。氢气是自然界中分子量最小的气体，已被证实具有抗氧化、抗凋亡和抗炎症等作用，并对肠道损伤具有保护作用。但氢气性质不稳定，制备和保存难度高，不易在动物生产中广泛应用。乳果糖作为一类多糖，不能被动物直接消化吸收，但能在动物后肠被微生物代谢利用，其中氢气是其重要的代谢产物。因此，我们认为乳果糖可为宿主提供大量具有生物活性的内源性氢气并部分抵抗镰刀菌毒素导致的肠道损伤和生长抑制。. 本项目分别以断奶仔猪和肠上皮细胞为研究对象，利用PCR/DGGE、免疫组织化学、荧光染色、荧光定量PCR、Western Blot等技术了解乳果糖能否缓解镰刀菌毒素的损伤。在体结果表明：1）乳果糖和富氢水能显著增加仔猪血液、肝脾和肠道内氢气的水平；2）乳果糖和富氢水能缓解镰刀菌污染日粮导致断奶仔猪生长抑制和氧化损伤；3）乳果糖和富氢水在一定程度上能缓解镰刀菌污染日粮对断奶仔猪血液生理生化、激素、肝脏和脾脏产生的不利影响； 4）此外，乳果糖和富氢水显著抑制了镰刀菌污染日粮对仔猪肠道微环境状态的不利影响；5）我们的数据还表明，乳果糖和富氢水能显著减少镰刀菌污染日粮导致的小肠凋亡和通透性增加；乳果糖和富氢水还能减少镰刀菌污染日粮对仔猪肠道形态学和紧密连接相关蛋白的影响。体外细胞培养结果显示：a)氢气能显著减少呕吐毒素对猪肠上皮细胞的凋亡、提高细胞活力、降低氧化应激标记物产物； b)我们数据还证实氢气介导Keap1-Nrf2/ARE信号通路，缓解DON造成仔猪肠道损伤的分子调控作用。本研究从动物营养学和氢气生物学角度入手，着眼于霉菌毒素污染问题，初步探明乳果糖在保护镰刀菌污染日粮诱导仔猪肠道损伤中的调控作用，为防治镰刀菌污染影响动物健康提供新的方法与理论支持，具有重要实用意义。