本文關鍵詞：日糧蛋白質水平對大鼠和仔豬機體代謝和腸道微生物的影響　出處：《南京農業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：高蛋白日糧增加腸道微生物的蛋白質發(fā)酵,不利于仔豬腸道健康,同時會造成動物氮排放增加和蛋白質資源的浪費。然而高蛋白日糧對仔豬機體代謝譜、腸道內微生物區(qū)系和腸道上皮基因表達譜的影響不還清楚。本研究先使用大鼠模型,揭示高蛋白日糧對機體代謝和腸道穩(wěn)態(tài)的影響,為高蛋白日糧對仔豬腸道影響提供參考。同時結合前人使用高蛋白日糧對仔豬的研究結果,本研究進一步圍繞低蛋白氨基酸平衡日糧(日糧蛋白質水平減少4個百分點),探討其對仔豬生長性能、機體代謝和腸道微生物的影響。試驗結果如下:1高蛋白日糧對大鼠機體代謝的影響高蛋白低碳水化合物日糧能夠引起體重降低,然而高蛋白日糧對機體整體代謝的影響還不清楚。本文旨在使用生化分析和代謝組學方法,研究高蛋白日糧對大鼠機體代謝的影響。選取20只體重180-200 g的雄性Wistar大鼠,隨機分成2組:正常蛋白日糧組(20%蛋白質,56%碳水化合物)和高蛋白日糧組(45%蛋白質,30%碳水化合物),兩種日糧的能量和脂肪水平一致,每組10個重復,飼養(yǎng)周期為6周,試驗期結束后,采集大鼠血漿、尿液,用于生化指標和液相色譜-質譜代謝組學分析;采集組織器官,稱重。結果顯示,高蛋白日糧組大鼠體重、腸系膜脂肪組織和附睪脂肪重量顯著低于正常蛋白日糧組(P0.05),采食量和能量攝入降低。與正常蛋白日糧組相比,高蛋白日糧增加了血漿尿素和高密度脂蛋白濃度,減少了血漿甘油三酯和葡萄糖濃度(P0.05)。代謝組學分析表明,高蛋白日糧顯著改變機體的代謝譜特征。高蛋白日糧增加血漿中生育酚、丙酮酸、2-羰基異己酸和β-羥基丁酸相對濃度(P 0.05 ),減少了亞油酸、棕櫚酸、α-甘油磷酸和丙谷氨酸等物質的相對濃度(P 0.05 );高蛋白日糧減少尿液中能量代謝相關的物質,如檸檬酸、α-酮戊二酸、蘋果酸的相對濃度,增加棕櫚酸和硬脂酸相對濃度(P0.05)。高蛋白日糧改變了機體多種代謝途徑,包括三羧酸循環(huán)、胰島素信號和糖酵解等過程。代謝標記物分析發(fā)現(xiàn)血漿中的尿素和丙嗣酸,以及尿液中的檸檬酸能夠作為高蛋白日糧攝入的代謝標志物�；谙嚓P性的代謝組學分析發(fā)現(xiàn),攝入高蛋白日糧后,血漿中代謝物之間的相關性增加,血漿中能量代謝相關的α-酮戊二酸與血漿中苯丙氨酸、蛋氨酸和色氨酸呈現(xiàn)顯著的正相關(P0.05)。在正常蛋白組,血漿中的纈氨酸和尿液中的β-羥基丁酸呈顯著負相關(P0.05);在高蛋白組,血漿中的2-娗基異己酸和尿液中的丙酮酸以及絲氨酸呈顯著負相關(P 0.05 )。以上結果表明,高蛋白日糧顯著改變了機體的代謝表型,影響機體能量代謝和脂肪代謝等過程。2高蛋白日糧對大鼠糞樣微生物區(qū)系的影響日糧蛋白質水平的變化可能引起腸道微生物組成的變化。本文旨在研究高蛋白日糧飼喂過程中,大鼠腸道微生物定植的變化。在正式試驗的第0、1、2、4、6周的最后一天采集大鼠糞樣,通過PCR-DGGE、實時熒光定量PCR分析糞樣微生物組成,氣相色譜法分析腸道微生物代謝物的變化。DGGE分析表明高蛋白日糧改變糞樣中微生物區(qū)系。高蛋白日糧增加大鼠糞樣中Dorea,Coprococcus屬的某些細菌,減少Flaavonifractor,Blautia,Akkermansia屬細菌。定量PCR分析表明高蛋白日糧增加大腸桿菌屬細菌數(shù)量,減少雙歧桿菌屬和Akkermansia muciniphila細菌數(shù)量(P0.05 )。氣相色譜分析顯示高蛋白日糧顯著減少糞樣中短鏈脂肪酸乙酸、丙酸、丁酸的濃度(P0.05)。以上結果表明,高蛋白日糧改變了大鼠糞樣中微生物區(qū)系,其中潛在致病菌的增加和有益菌的減少暗示高蛋白日糧可能破壞腸道穩(wěn)定。3高蛋白日糧對大鼠結腸微生物及代謝的影響糞樣微生物的變化表明日糧對腸道微生物的改變,而高蛋白日糧對大鼠結腸微生物組成及代謝的影響還不清楚。本文通過高通量測序和微生物代謝產物分析,研究高蛋白日糧對腸道環(huán)境的改變。大鼠采食不同蛋白質水平日糧6周后,采集結腸食糜,提取基因組DNA,使用16S核糖體RNA高通量測序分析結腸微生物組成,結合氣相色譜和液相色譜方法分析微生物代謝物的變化,并對食糜中游離的代謝物進行分析。結果顯示,高蛋白日糧增加結腸微生物區(qū)系的多樣性(P0.05),在屬水平上,高蛋白日糧增加結腸中大腸桿菌屬、腸球菌屬、鏈球菌屬、擬桿菌屬以及硫酸鹽還原菌等細菌,減少雙歧桿菌屬和瘤胃球菌屬等細菌(P0.05 );在細菌種水平上,高蛋白日糧增加Esherichia coli, Bacteroides vulgatus,Enterococcus faecium 等細菌,減少 Ruminococcus bromii,Faecalibacterium prausnitzii和Akkermansia muciiphila等細菌(P 0.05 )。高蛋白日糧增加結腸食糜中尸胺、精胺和硫化物濃度,減少丁酸濃度(P0.05)。高蛋白日糧增加結腸食糜中氨基酸和核酸代謝物的相對濃度,減少脂肪酸類物質的相對濃度(P0.05)。以上結果表明,高蛋白日糧導致結腸食糜中對腸道健康具有不利作用的細菌和代謝物增加,影響腸道健康。4高蛋白日糧對大鼠結腸上皮代謝和免疫相關基因表達的影響大鼠結腸微生物和代謝物的變化可能對腸道上皮產生影響。本文通過轉錄組學方法,研究高蛋白日糧對結腸上皮代謝和免疫相關基因的影響。采集飼喂6周后大鼠的結腸上皮組織,提取總RNA,進行基因芯片和熒光定量PCR分析。通過基因芯片技術篩選出差異基因,使用DAVID和KEGG數(shù)據(jù)庫進行富集分析。結果顯示,高蛋白日糧上調參與疾病發(fā)生過程的基因表達(P0.05),包括趨化應答,腫瘤壞死因子α信號過程,氧化應激和凋亡。高蛋白日糧下調參與免疫保護過程的基因表達(P0.05),包括固有免疫,氧連接的粘蛋白糖基化,氧化磷酸化。對基因表達、微生物和代謝物進行相關性分析,發(fā)現(xiàn)大腸桿菌屬、腸球菌屬和鏈球菌屬細菌的豐度和參與趨化作用、腫瘤壞死因子信號途徑、抗原提呈過程的基因存在顯著正相關關系(P0.05),暗示這些細菌可能介導高蛋白日糧對結腸的不利影響。以上結果表明,高蛋白日糧可能改變大鼠結腸上皮免疫和代謝穩(wěn)定,增加疾病風險。5低蛋白氨基酸平衡日糧對仔豬生長性能和血清生化指標的影響為了研究低蛋白氨基酸平衡日糧對仔豬生長性能和血清生化指標的影響。試驗選用體重相近(12.02 ± 0.52 kg)的健康杜長大生長豬,分為2組:正常蛋白組(20%蛋白質),低蛋白氨基酸平衡日糧(16%蛋白質)。每組5個重復,每個重復8-10頭豬,試驗期35天,在77日齡屠宰采樣。結果顯示,低蛋白氨基酸平衡日糧對生長性能無顯著影響,顯著減少粗脂肪的表觀消化率(P 0.05 ),顯著減少胰腺重量(P 0.05),顯著減少血清葡萄糖和膽固醇的濃度(P 0.05)。氨基酸分析顯示,低蛋白氨基酸平衡日糧顯著減少血清中總氨基酸和總必需氨基酸濃度(P0.05),顯著減少血清中苯丙氨酸、亮氨酸、繳氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、絲氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、組氨酸和精氨酸濃度(P0.05),對色氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、谷氨酸和谷氨酰胺濃度無顯著影響(P0.05)。低蛋白氨基酸平衡日糧顯著減少回腸食糜中色氨酸、賴氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸的濃度(P0.05),對其他氨基酸的濃度無顯著影響(P0.05)。以上結果表明,低蛋白氨基酸平衡日糧對仔豬生長性能無顯著影響,降低血清和回腸食糜中氨基酸濃度,影響仔豬支鏈氨基酸代謝等過程。6低蛋白氨基酸平衡日糧對仔豬血清代謝譜的影響本試驗使用高通量代謝組學技術,研究低蛋白氨基酸平衡日糧對仔豬血清代謝譜的影響。采集77日齡仔豬的血清樣品,用于氣相色譜-飛行時間質譜分析。結果表明,低蛋白氨基酸平衡日糧改變血清中代謝物組成。PLS-DA和OPLS-DA分析表明低蛋白氨基酸平衡日糧組和正常蛋白組處于不同的聚類簇。和正常蛋白日糧相比,低蛋白氨基酸平衡日糧顯著增加血清中單甘油棕櫚酸、甘油、硬脂酸、β-丙氨酸、丙二酸和棕櫚酸的相對濃度(P0.05),顯著減少血清中瓜氨酸、鳥氨酸、哌啶甲酸和酪氨酸的相對濃度(P0.05)。代謝物富集分析顯示低蛋白氨基酸平衡日糧顯著影響了與丙酸代謝、甘油酯代謝、脂肪酸代謝、線粒體脂肪酸延伸和兒茶酚胺合成等有關的過程(P 0.05 )。受試者工作特征分析顯示結合鳥氨酸、瓜氨酸、β-丙氨酸和酪氨酸四種氨基酸代謝類物質,能夠很好的區(qū)分正常蛋白組和低蛋白氨基酸平衡日糧組。以上結果表明,低蛋白氨基酸平衡日糧主要影響仔豬體內精氨酸代謝、 β-丙氨酸代謝、脂肪酸代謝、微生物賴氨酸代謝和酪氨酸代謝等過程,對能量代謝過程無顯著影響。7低蛋白氨基酸平衡日糧對仔豬腸道微生物及腸道上皮基因表達影響本文旨在研究低蛋白氨基酸平衡日糧對仔豬回腸和結腸食糜微生物區(qū)系及腸上皮的影響。采集77日齡仔豬回腸和結腸食糜分析主要微生物組成和代謝產物,采集腸黏膜組織分析炎癥因子的基因表達。結果顯示,低蛋白氨基酸平衡日糧對回腸和結腸的影響不同。低蛋白氨基酸平衡日糧對回腸微生物數(shù)目無顯著影響(P0.05),顯著減少回腸食糜中氨氮、酪胺、亞精胺濃度(P0.05),顯著增加回腸食糜中色胺濃度(P 0.05 ),下調回腸黏膜Tlr5和Ifnγ mRNA的表達(P0.05)。在結腸,低蛋白氨基酸平衡日糧顯著減少總菌和厚壁菌門細菌的數(shù)目(P0.05),增加結腸食糜中氨氮、丁酸、對甲酚和吲哚濃度(P0.05),對結腸食糜中生物胺的濃度無顯著影響(P0.05),對結腸黏膜細胞因子的表達無顯著影響(P0.05)。低蛋白氨基酸平衡日糧對回腸和結腸食糜中乳酸桿菌屬和雙歧桿菌屬細菌的數(shù)量無顯著影響(P0.05)。低蛋白氨基酸平衡日糧對黏膜免疫球蛋白的表達無顯著影響(P0.05)。以上結果表明,低蛋白氨基酸平衡日糧對仔豬的微生物組成和代謝的影響存在腸段差異,減少回腸食糜中蛋白質發(fā)酵的產物,增加結腸食糜中芳香族氨基酸發(fā)酵和丁酸產生,下調回腸黏膜促炎癥因子的表達,低蛋白氨基酸平衡日糧對腸道微生物及免疫無明顯不利影響。綜上所述,通過使用大鼠模型,本研究發(fā)現(xiàn)高蛋白日糧對機體代謝和腸道健康不利,增加促炎癥相關的微生物、代謝物和基因表達。低蛋白氨基酸平衡日糧改變仔豬體內氨基酸代謝,對腸道微生物及免疫產生的效應優(yōu)于高蛋白日糧。
【學位授予單位】：南京農業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S828.5
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本文編號：1330055