李 焰 岳 穩(wěn) 李 婷 潘佳佳 邱龍新* 黃 杰 李狀偉
(1.龍巖學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,龍巖 2364000;2.福建省生豬疫病防控工程技術(shù)研究中心,龍巖 2364000;3.福建省家畜傳染病防治與生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,龍巖 2364000;4.福建農(nóng)林大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院(蜂學(xué)學(xué)院),福州 2350000)
在規(guī)?;B(yǎng)豬生產(chǎn)中,各種病原菌及其毒素侵襲,甚至是病原菌的感染、創(chuàng)傷都會(huì)使仔豬處于應(yīng)激狀態(tài),嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生高燒、腹瀉、采食量下降等癥狀,造成仔豬生長(zhǎng)受阻,生長(zhǎng)性能下降。目前對(duì)仔豬應(yīng)激的防治措施很多,遵循中藥配伍的相須、相使原則,不斷開發(fā)新的復(fù)方中藥免疫增強(qiáng)劑進(jìn)行調(diào)控是一條行之有效的解決途徑。例如,陳燕凌等研制的復(fù)方中藥制劑可在一定程度上改善斷乳仔豬的生長(zhǎng)性能,預(yù)防腹瀉;陳張華等報(bào)道,在斷奶仔豬飼糧中添加1.0%“豬康散”能增強(qiáng)仔豬細(xì)胞免疫功能和提高仔豬生長(zhǎng)性能;程佳等研究證實(shí),中藥制劑柴術(shù)抗激散對(duì)LPS導(dǎo)致的早期斷奶仔豬免疫應(yīng)激具有明顯的緩減作用。以上研究表明,復(fù)方中草藥制劑將成為理想的免疫調(diào)節(jié)劑應(yīng)用于養(yǎng)豬生產(chǎn)。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn),飼糧中添加0.2%復(fù)方銀杏葉制劑有助于提高愛拔益加(AA)肉仔雞的生長(zhǎng)性能和免疫功能;飼糧中添加1.00%的復(fù)方銀杏葉制劑可維持和養(yǎng)護(hù)斷奶肉兔的小腸黏膜組織;復(fù)方銀杏葉制劑還可維持和修復(fù)由免疫應(yīng)激引起的斷奶仔豬腸道損傷,并能增強(qiáng)腸道黏膜的免疫功能。為進(jìn)一步探究復(fù)方銀杏葉的作用機(jī)理,本試驗(yàn)采用超高效液相色譜和四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜(UHPLC-QTOF-MS)技術(shù),研究LPS免疫應(yīng)激仔豬的血清代謝組學(xué)特征及復(fù)方銀杏葉的干預(yù)效果,尋找其干預(yù)免疫應(yīng)激仔豬的靶點(diǎn)及代謝通路,為復(fù)方銀杏葉免疫增強(qiáng)劑在仔豬上的應(yīng)用提供依據(jù)。
復(fù)方銀杏葉由銀杏葉、黃芪、黨參、白術(shù)、茯苓、砂仁和陳皮按照10∶15∶15∶12∶15∶6∶9比例組成,藥物制備方法參照本課題組前期研究,每毫升藥液含1 g生藥(按照生藥量計(jì)算),-20 ℃保存?zhèn)溆??;旌虾蟮膹?fù)方銀杏葉制劑送至青島科標(biāo)檢測(cè)研究院進(jìn)行主要活性成分含量檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè),試驗(yàn)所用復(fù)方銀杏葉制劑中:總多糖含量7.60%,總黃酮含量0.06%,總皂苷含量1.70%,總黃酮醇苷含量1 647.97 mg/kg,萜類內(nèi)酯含量650 mg/kg,黃芪甲苷含量95 mg/kg,毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量174.49 mg/kg,橙皮苷含量2 121.42 mg/kg。
試驗(yàn)選取平均體重為(9.52±0.80) kg、(35±1)日齡的“杜×長(zhǎng)×大”雜交仔豬36頭,按體重、胎次等一致原則隨機(jī)分為3組,每組4個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)3頭。3組仔豬飼喂同一基礎(chǔ)飼糧,基礎(chǔ)飼糧參照NRC(1998)仔豬營(yíng)養(yǎng)需要配制,其組成及營(yíng)養(yǎng)水平見表1。其中對(duì)照組每頭每天灌服110 mL生理鹽水,LPS應(yīng)激組每頭每天灌服110 mL生理鹽水,LPS+復(fù)方銀杏葉組每頭每天灌服110 mL復(fù)方銀杏葉制劑。免疫應(yīng)激模型的建立和樣品采集參照文獻(xiàn)的方法進(jìn)行,即在正式試驗(yàn)第23天LPS應(yīng)激組和LPS+復(fù)方銀杏葉組仔豬腹膜注射LPS(大腸桿菌血清型O55∶B5,Sigma公司),注射劑量為100 μg/kg,對(duì)照組仔豬腹膜注射等量的生理鹽水;注射LPS后3 h,所有豬只空腹前腔靜脈采血,3 000 r/min、4 ℃離心10 min制備血清,-80 ℃保存。試驗(yàn)于龍巖學(xué)院動(dòng)物房進(jìn)行,采用半開放豬舍,自然通風(fēng),保持干燥,自由采食和飲水,消毒、免疫和管理按豬場(chǎng)常規(guī)程序進(jìn)行。
表1 基礎(chǔ)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))
1.3.1 生長(zhǎng)性能測(cè)定
試驗(yàn)期每天記錄每個(gè)重復(fù)豬的采食量,并分別在試驗(yàn)第1、7、21、23和27天對(duì)所有試驗(yàn)豬進(jìn)行稱重(空腹12 h),計(jì)算平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G)。
1.3.2 血清生化指標(biāo)測(cè)定
采用邁瑞B(yǎng)S-420全自動(dòng)生化儀測(cè)定血清葡萄糖(GLU)、尿素氮(UN)、肌酐(CREA)、胰高血糖素樣肽-2(GLP-2)含量以及谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)、γ-谷氨酰轉(zhuǎn)移酶(γ-GGT)和堿性磷酸酶(ALP)活性,以上指標(biāo)均采用試劑盒(購自中生北控生物科技股份有限公司)測(cè)定,按照試劑盒說明書操作。
1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析和LSD法多重比較,統(tǒng)計(jì)結(jié)果用平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤(SE)表示,以P<0.05表示差異顯著。
1.4.1 代謝組學(xué)色譜和質(zhì)譜條件
采用1290 UHPLC超高效液相色譜儀進(jìn)行物質(zhì)分離,在AB 6600 Triple TOF質(zhì)譜儀下基于IDA采集模式進(jìn)行一級(jí)、二級(jí)質(zhì)譜數(shù)據(jù)的采集。采集條件如下:轟擊能量為30 ev,每50 ms采集15張二級(jí)譜圖。電噴霧離子源(ESI)參數(shù)設(shè)置如下:霧化氣壓(GS1)、輔助氣壓及氣簾氣壓分別為60、60和35 Psi;溫度為650 ℃,噴霧電壓為5 000 V(正離子模式)或-4 000 V(負(fù)離子模式)。
1.4.2 代謝組學(xué)血清樣品處理
將存放于-80 ℃的血清樣品復(fù)融后吸取100 μL至EP管中,加入300 μL甲醇,再加入20 μL內(nèi)標(biāo),渦旋混勻30 s,超聲10 min(冰水浴),-20 ℃靜置1 h, 4 ℃、12 000 r/min離心15 min,吸取上清液備用。
1.4.3 代謝組學(xué)數(shù)據(jù)處理與生物標(biāo)志物鑒定
首先使用ProteoWizard軟件將原始質(zhì)譜轉(zhuǎn)成mzXML格式,再使用XCMS做保留時(shí)間矯正、峰識(shí)別、峰提取、峰積分、峰對(duì)齊等工作,并使用二級(jí)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫對(duì)峰進(jìn)行物質(zhì)鑒定。
1.4.4 代謝組學(xué)統(tǒng)計(jì)分析及通路分析
將上述得到的化合物信息導(dǎo)入SIMCA 14.1軟件進(jìn)行主成分分析(PCA)和偏最小二乘法-判別分析(OPLS-DA),將篩選出的差異化合物導(dǎo)入KEGG Pathway數(shù)據(jù)庫,注釋到差異代謝物相關(guān)的代謝通路,最后通過MetaboAnalyst網(wǎng)站進(jìn)行通路富集。
由表2可知,在第23天之前,3個(gè)試驗(yàn)組間的ADFI、ADG和F/G差異均不顯著(P>0.05)。在試驗(yàn)第24~27天,LPS應(yīng)激組的ADFI較對(duì)照組和LPS+復(fù)方銀杏葉組分別降低了21.52%和15.07%(P<0.05),LPS應(yīng)激組的ADG較對(duì)照組降低了51.22%(P<0.05),LPS+復(fù)方銀杏葉組的ADG雖然較對(duì)照組降低了21.95%(P>0.05),但較LPS應(yīng)激組提高了60%(P>0.05);在試驗(yàn)第24~27天,LPS+復(fù)方銀杏葉組的F/G較LPS應(yīng)激組降低了35.77%(P<0.05),與對(duì)照組相比差異不顯著(P>0.05)。以上結(jié)果表明復(fù)方銀杏葉制劑可促進(jìn)免疫應(yīng)激仔豬的生長(zhǎng),提高飼料利用率。
表2 復(fù)方銀杏葉對(duì)免疫應(yīng)激仔豬生長(zhǎng)性能的影響
由表3可知,注射LPS后,與對(duì)照組相比,LPS應(yīng)激組血清γ-GGT、ALT和ALP活性以及UN、CREA含量均顯著升高(P<0.05),GLP-2含量則顯著降低(P<0.05);與LPS應(yīng)激組相比,復(fù)方銀杏葉顯著緩解了LPS刺激引起的血清UN、CREA含量和γ-GGT活性的升高(P<0.05),以及LPS刺激引起的血清GLP-2含量降低(P<0.05)。
表3 復(fù)方銀杏葉對(duì)免疫應(yīng)激仔豬血清生化指標(biāo)的影響
3組血清樣品及QC樣本PCA見圖1。在正、負(fù)2種離子模式下,對(duì)照組與LPS+復(fù)方銀杏葉組和LPS應(yīng)激組分離明顯,而LPS+復(fù)方銀杏葉組與對(duì)照組和LPS應(yīng)激組之間存在交叉。在正離子模式下,74.1%樣本符合模型判別(R2X=0.741),模型的預(yù)測(cè)能力66.9%(Q2=0.669);在負(fù)離子模式下,R2X=0.668、Q2=0.534,表明在2種離子模式下模型擬合均良好。為了篩選得到由組間差異而形成的潛在標(biāo)志物,減少干擾因素對(duì)相似性聚類分析的影響,在LPS應(yīng)激模型基礎(chǔ)上,使用有監(jiān)督的模式識(shí)別方法正交偏最小二乘判別分析(OPLS-DAS)進(jìn)一步區(qū)分LPS+復(fù)方銀杏葉組與LPS應(yīng)激組的血清代謝模式的變化,如圖2所示。在負(fù)離子模式下,R2X=0.284,R2Y=0.851,Q2=-0.430;在正離子模式下R2X=0.268,R2Y=0.828,Q2=-0.272。
K:對(duì)照組 control group; M:LPS應(yīng)激組LPS-stressed group;S: LPS+復(fù)方銀杏葉組 LPS+GBC group; QC:質(zhì)控樣本 quality control sample。圖2同 the same as Fig.2.
圖2 OPLS-DA模型得分散點(diǎn)圖(LPS+復(fù)方銀杏葉組vs.LPS應(yīng)激組)
根據(jù)UHPLC-QTOF-MS所得數(shù)據(jù),利用SIMCA14.1軟件在建立OPLS-DA模型基礎(chǔ)上,通過S-plot分析指標(biāo)篩選LPS+復(fù)方銀杏葉組與LPS應(yīng)激組之間的差異變量作為潛在的生物標(biāo)志物(P<0.05且VIP>1)。如圖3中紅色標(biāo)記,這些差異變量可能是LPS+復(fù)方銀杏葉組與LPS應(yīng)激組的關(guān)鍵代謝物。在正、負(fù)2種離子模式下,分別檢測(cè)到831(正離子模式)、834(負(fù)離子模式)種物質(zhì),通過比對(duì)數(shù)據(jù)庫,鑒定出得分值高于0.6分的化合物作為內(nèi)源性生物標(biāo)志物,正離子模式下定性到141個(gè),負(fù)離子模式下定性到118個(gè)。使用SIMCA14.1軟件進(jìn)行多元變量分析,在正離子模式下,共篩選出2個(gè)內(nèi)源性生物標(biāo)志物;在負(fù)離子模式下,共篩選出5個(gè)內(nèi)源性生物標(biāo)志物。將正、負(fù)離子的所有標(biāo)志物結(jié)合在一起,通過KEGG通路分析,進(jìn)一步篩選得到有KEGG號(hào)的7個(gè)生物標(biāo)志物,見表4。
圖3 S-plot(LPS+復(fù)方銀杏葉組vs.LPS應(yīng)激組)
由表4可見,在正離子模式下,共篩選出2個(gè)內(nèi)源性生物標(biāo)志物,分別是L-焦谷氨酸、N6-甲基-L-賴氨酸;在負(fù)離子模式下,共篩選出5個(gè)內(nèi)源性生物標(biāo)志物,分別是羥(基)脯氨酸、L-谷氨酰胺、L-谷氨酸、棕櫚酸和甘氨石膽酸。與LPS應(yīng)激組相比,LPS+復(fù)方銀杏葉組血清N6-甲基-L-賴氨酸和L-谷氨酸含量顯著上升(P<0.05),血清L-焦谷氨酸、羥(基)脯氨酸、左旋谷氨酰胺、棕櫚酸和甘氨石膽酸含量顯著下降(P<0.05)。
表4 主要差異代謝物(LPS+復(fù)方銀杏葉組vs. LPS應(yīng)激組)
將上述篩選的有KEGG號(hào)的7個(gè)內(nèi)源性生物標(biāo)志物導(dǎo)入MetaboAnalyst網(wǎng)站進(jìn)行富集通路分析,篩選得到12個(gè)代謝通路,見圖4。將潛在的靶標(biāo)路徑臨界值設(shè)置為0.25,得到2個(gè)代謝通路,分別是D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代謝通路以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝通路。
圖4 用MetaboAnalyst軟件進(jìn)行富集通路分析結(jié)果
目前腹腔注射一定劑量的LPS是模擬免疫應(yīng)激最典型的方式之一。LPS是革蘭氏陰性菌的重要組分多糖,能誘導(dǎo)機(jī)體發(fā)生強(qiáng)烈的應(yīng)激,導(dǎo)致動(dòng)物精神不振、發(fā)熱、采食量下降。本試驗(yàn)臨床效果顯示,第23天注射LPS后,仔豬出現(xiàn)精神沉郁、嘔吐、畏寒成堆躺臥、腹瀉、體溫升高至40.5 ℃左右。已有報(bào)道證實(shí),LPS應(yīng)激可造成仔豬生長(zhǎng)性能顯著降低[9-10],本試驗(yàn)結(jié)果與上述報(bào)道一致,不僅說明本次試驗(yàn)用LPS制作免疫應(yīng)激模型是成功的,也證實(shí)用復(fù)方銀杏葉制劑干預(yù)后可促進(jìn)免疫應(yīng)激仔豬生長(zhǎng),提高飼料利用率。
血液ALT、AST和ALP是反映肝臟功能的重要指標(biāo),三者活性的升高不僅表示肝臟受到嚴(yán)重?fù)p傷,也是機(jī)體受到應(yīng)激反應(yīng)的標(biāo)志[11];血清中γ-GGT主要來自肝膽系統(tǒng),當(dāng)肝臟內(nèi)合成亢進(jìn)或膽汁排出受阻時(shí),血清γ-GGT活性增高[12]。本試驗(yàn)中,LPS應(yīng)激組血清中的ALT、ALP、γ-GGT活性較對(duì)照組均顯著升高,說明免疫應(yīng)激造成仔豬肝功能受損。GLP-2是一種腸道多肽類激素,具有多種腸道效應(yīng),包括刺激腸黏膜生長(zhǎng)、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物的消化和吸收、提高腸屏障功能、抑制胃能動(dòng)性和胃酸分泌等[13-14]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)LPS應(yīng)激組血清中GLP-2含量較對(duì)照組顯著降低,說明免疫應(yīng)激還造成了仔豬腸道屏障功能受損,與車煉強(qiáng)等[15]報(bào)道一致。而用復(fù)方銀杏葉干預(yù)免疫應(yīng)激仔豬后,LPS+復(fù)方銀杏葉組血清ALT、AST、ALP、γ-GGT活性及ALT/AST較LPS應(yīng)激組均有所下降,血清GLP-2含量較LPS應(yīng)激組顯著提高,說明復(fù)方銀杏葉可緩解免疫應(yīng)激導(dǎo)致的仔豬肝臟和腸道屏障功能的損傷。血液中的UN和CREA是蛋白質(zhì)代謝的主要產(chǎn)物,蛋白質(zhì)代謝良好時(shí),血液中這些非蛋白氮的含量會(huì)降低[16]。本試驗(yàn)中,LPS+復(fù)方銀杏葉組血清中UN和CREA含量顯著低于LPS應(yīng)激組,這與ADG的變化趨勢(shì)相一致,說明復(fù)方銀杏葉是通過提高GLP-2含量、降低仔豬血清中非蛋白氮含量,在一定程度上改善了免疫應(yīng)激仔豬對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn),復(fù)方銀杏葉通過調(diào)控細(xì)胞因子生成,能有效拮抗環(huán)磷酰胺對(duì)肝臟和脾臟組織造成的損傷[17],還有修復(fù)脾虛性斷奶仔豬小腸組織的作用[18]。因此,可將復(fù)方銀杏葉開發(fā)成一種理想的免疫調(diào)節(jié)劑。
本研究基于LPS誘導(dǎo)建立的免疫應(yīng)激模型,將LPS應(yīng)激組與LPS+復(fù)方銀杏葉組進(jìn)行比較,PCA得分圖顯示,LPS應(yīng)激組血清代謝物與對(duì)照組分離明顯,說明LPS應(yīng)激后仔豬的生理代謝環(huán)境受到明顯干擾,病理狀態(tài)下代謝網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)紊亂;正、負(fù)離子模式下LPS+復(fù)方銀杏葉組血清代謝物與對(duì)照組均有少許重疊,與LPS應(yīng)激組之間存在交叉,但負(fù)離子模式下LPS+復(fù)方銀杏葉組和LPS應(yīng)激組之間區(qū)分較明顯,綜合OPLS-DA說明復(fù)方銀杏葉干預(yù)LPS免疫應(yīng)激仔豬后,雖不能完全逆轉(zhuǎn)病理到正常狀態(tài),但顯示已經(jīng)發(fā)揮一定的藥效作用,提示復(fù)方銀杏葉制劑在干預(yù)LPS免疫應(yīng)激仔豬的應(yīng)用方面在使用劑量、劑型或者時(shí)間上還有改進(jìn)空間。
通過差異代謝物分析,與LPS應(yīng)激組相比,LPS+復(fù)方銀杏葉組血清N6-甲基-L-賴氨酸和L-谷氨酸含量顯著上升,血清L-焦谷氨酸、羥(基)脯氨酸、左旋谷氨酰胺、棕櫚酸和甘氨石膽酸含量顯著下降。谷氨酸作為一種功能性氨基酸,是腸上皮的主要能源物質(zhì)[19],不僅參與蛋白質(zhì)的合成和氧化供能[20],還具有改善腸道上皮完整性、增強(qiáng)腸道屏障功能和抗氧化能力、提高腸道干細(xì)胞的活性和促進(jìn)腸道發(fā)育的作用[21-24];賴氨酸作為第一限制性氨基酸,參與豬體內(nèi)蛋白質(zhì)、脂肪代謝以及肉毒堿的形成等,還有利于鈣的吸收,有助于抗體、激素、酶等的形成,增強(qiáng)機(jī)體免疫力[25-26];雖然谷氨酰胺和谷氨酸一樣具有為腸上皮細(xì)胞提供能量的功能,并且還能增加腸道對(duì)亮氨酸和脯氨酸的吸收量[27],但是當(dāng)谷氨酸和谷氨酰胺同時(shí)存在時(shí),腸上皮細(xì)胞會(huì)優(yōu)先利用谷氨酸,從而抑制谷氨酰胺氧化供能[28],故推測(cè)LPS+復(fù)方銀杏葉組谷氨酰胺、脯氨酸的代謝產(chǎn)物羥(基)脯氨酸和焦谷氨酸含量較LPS應(yīng)激組顯著下降與其血清中谷氨酸含量顯著增加有關(guān),由此也降低了由谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為有害的焦谷氨酸的缺陷。肝細(xì)胞代謝障礙時(shí)會(huì)致使血液中膽汁酸含量升高[29]。差異代謝物分析結(jié)果顯示,LPS+復(fù)方銀杏葉組血清甘氨石膽酸含量較LPS應(yīng)激組顯著下降,進(jìn)一步說明復(fù)方銀杏葉可緩解LPS應(yīng)激導(dǎo)致的肝臟損傷。代謝通路分析發(fā)現(xiàn),復(fù)方銀杏葉對(duì)預(yù)防免疫應(yīng)激仔豬藥效作用的靶標(biāo)代謝通路主要為D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代謝以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝通路,涉及到機(jī)體內(nèi)碳水化合物、氨基酸、脂類等物質(zhì)代謝。本試驗(yàn)盡管已經(jīng)初步篩選出復(fù)方銀杏葉緩解仔豬免疫應(yīng)激相關(guān)的生物標(biāo)志物,但是仍需要進(jìn)一步通過試驗(yàn)和臨床驗(yàn)證。
① 復(fù)方銀杏葉可顯著緩解LPS應(yīng)激導(dǎo)致的仔豬血清生化指標(biāo)的改變,減輕肝臟損傷,改善仔豬對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的消化和吸收,提高機(jī)體對(duì)含氮物質(zhì)的利用效率以及腸黏膜屏障功能,從而保證仔豬的正常生長(zhǎng)發(fā)育,提高飼料利用率。
② 復(fù)方銀杏葉預(yù)防仔豬LPS應(yīng)激、提高生產(chǎn)性能的藥效作用的靶標(biāo)代謝通路主要為D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代謝以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代謝通路。
動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)2021年4期