熱應激對肉仔雞肝AMPKα1及脂肪代謝相關分子基因表達的影響

周華金，胡希怡，楊家昶，丁祥文，王 玉，宋志剛

(山東農業大學動物科技學院/動物醫學院，泰安 271018)

熱應激降低家禽生長性能，增加經濟損失[1]。肉雞因其體溫高，無汗腺以及代謝旺盛等特點致使其自身蒸發散熱能力有限，因而對熱應激特別敏感[2]。熱應激導致肉雞采食量降低，繼而影響脂肪代謝[3]。肝是禽類脂肪酸從頭合成的主要場所，熱應激可調節家禽肝脂肪代謝[4]。急性熱應激提高肉仔雞血清中甘油三酯、高密度脂蛋白膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇含量，激活脂肪酸合成相關酶，增加脂肪沉積[5]。熱應激提高了肝中乙酰輔酶A羧化酶α(ACACA)、酰基輔酶A合成酶(ACSF3)以及硬脂酰輔酶A脫氫酶(SCD)等脂肪代謝相關酶的基因表達量，影響脂肪代謝[6]。

肝細胞以膽固醇為原料合成膽汁酸，是肝清除膽固醇的主要方式[7]。膽汁酸分子具有特殊的表面活性，能催化脂類物質成為油水混合物的液滴，可擴大脂類物質同脂肪酶的接觸面，促進脂類的消化和吸收[8]。同時，膽汁酸作為營養信號，可激活特定受體，在營養物質轉運、消化和代謝中起重要作用[9]。膽汁酸信號通路在哺乳動物上引起廣泛關注，不僅可以調節脂肪代謝和腸道吸收，還可作為新陳代謝調節者和分子標簽，影響整個機體脂肪、葡萄糖和能量代謝[10-11]。

固醇調節元件結合蛋白-1c(Sterol regulatory element binding protein- 1c,SREBP-1c)是膽固醇和脂肪酸生物合成中的關鍵轉錄因子，優先參與脂肪酸合成相關基因的調控，可直接刺激編碼脂肪酸合成酶的基因轉錄[12-13]。脂肪酸轉運蛋白1(Fatty acid transport protein1，FATP-1)促進脂肪細胞吸收脂肪酸，在脂肪細胞的分化中發揮重要作用[14]。載脂蛋白B(Apolipoprotein B，APOB)是肝中轉運內源性甘油三酯和膽固醇的功能蛋白，在雞肝、腎組織中有較高表達，與脂肪的沉積相關[15]。肝X受體(Liver X receptor，LXR)和法尼酯X受體(Farnesoid X receptor，FXR)在膽汁酸和膽固醇代謝過程中起重要的調節作用，通過對靶基因表達的調節來維持脂肪代謝的平衡。膽固醇7-羥化酶(Cholesterol 7-alpha hydroxyl-lase，CYP7A1)是膽固醇轉化為膽汁酸過程中主要的限速酶[16]。AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)參與調節細胞代謝和整個機體的新陳代謝活動，作為能量感受器維持內環境的穩定。AMPK參與脂肪的代謝調節，外周AMPK的磷酸化降低脂肪酸合成酶的轉錄活性，促進脂肪酸氧化[17]。

有關熱應激持續時間對肝脂肪代謝影響的研究不多，未見關于AMPK在應激調控肝脂肪代謝中作用的報道。本試驗通過探究長、短期熱應激對肉仔雞肝AMPKα1及脂肪代謝相關分子基因表達的影響，以期擴展熱應激影響肉仔雞肝脂肪代謝的理論，為生產中防控肉仔雞熱應激提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

體重相近的1日齡雄性AA肉仔雞(Arbor Acres) 120只(購自泰安大寶孵化場)，嚴格控制飼養環境。試驗開始時飼養溫度35 ℃，根據肉雞日齡每周降低2～3 ℃，直到降到23 ℃。環境濕度為40%～50%，溫度和濕度隨肉雞生長情況做相應調整。光照程序按照23 h光照、1 h黑暗執行。前期日糧粗蛋白含量為21%、代謝能為12.55 MJ·kg-1，后期日糧粗蛋白含量為19%、代謝能為12.97 MJ·kg-1。飼養階段自由采食和飲水。28日齡選取體重相近的健康肉雞96只，隨機分為4組(每組4個重復，每個重復6只雞)：24 h熱應激組和24 h對照組、72 h熱應激組和72 h對照組。28日齡08:00開始試驗，統計各組雞體重、余料量，記錄加料量，熱應激處理組溫度為(33±1)℃ ，對照組(23±1)℃。29和31日齡上午08:00每個組在飼喂前稱重，每次稱取雞只的體重和剩余料量，計算熱應激24和72 h的采食量和體增重，每個重復選取2只雞，翅靜脈采集血液后4 ℃、400 g離心10 min，取上清放置于-20 ℃保存，而后屠宰，采集肝樣品，用冰冷的生理鹽水漂洗新鮮的肝樣品后，液氮速凍，放于-80 ℃保存。

1.2 血漿指標測定

血漿中葡萄糖(GLU)、尿酸(UA)、總膽固醇(TCHO)、總膽汁酸 (TBA)、甘油三脂(TG) 利用比色法采用分光光度計進行測定，試劑盒購自南京建成試劑有限公司。

1.3 RT-PCR對基因表達的測定

肝總RNA用Trizol法提取，利用瓊脂糖凝膠電泳和生物分光光度計(Biophotometer plusone，德國 Eppendorf)分別檢測總RNA的質量和濃度。按照TaKaRa RNA PCR 反轉錄試劑盒操作說明進行反轉錄。反應體系：500 ng總RNA, 5 mmol·L-1MgCl2, 1 μL RT buffer, 1 mmol·L-1dNTP, 2.5 U 逆轉錄酶(AMV), 0.7 mmol·L-1Oligod (T) 和10 U Ribonuclease inhibitor，加DEPC水至10 μL。42 ℃反應40 min, 99 ℃滅活5 min，降低到5 ℃反應 5 min。cDNA合成以后進行熒光定量PCR。引物序列見表1，由上海生工生物技術有限公司合成。通過對混合樣品進行標準曲線測定確定引物的質量和最佳的稀釋濃度。反應體系為20 μL∶10 μL SYBR Premix Ex TaqTM (2×)，上游引物和下游引物(10 μmol·L-1)各0.4 μL, 0.4 μL ROX Reference Dye Ⅱ(50×), 2 μL cDNA模板和6.8 μL去離子水。兩步法熒光定量PCR反應條件：第一步95 ℃變性 10 s, 1個循環，第二步95 ℃變性5 s，60 ℃退火34 s, 40個循環。

表1引物序列

Table1Gene-specificprimersofrelatedgenes

基因名稱Genename引物序號GenBankaccessionNo.引物序列(5'→3')Primerssequence定位Orientation片段大小/bpAmpliconsizeSREBP-1cAY029224GCCCTCTGTGCCTTTGTCTTCACTCAGCCATGATGCTTCTTCCForwardReverse130LXRAJ507202GTCCCTGACCCTAATAACCGCGTCTCCAACAACATCACCTCTATGForwardReverse185APOBM18421CACGCCTCACAGACCAAGTACCAGTCAAACGGCACATCTAForwardReverse407FATP-1NM_001039602.1TACAATGTGCTCCAGAAGGGGTCTGGTTGAGGATGTGACTCForwardReverse179CYP7A1AY700578GATCTTCCCAGCCCTTGTGGAGCCTCTCCCAGCTTCTCACForwardReverse82FXRAF492497AGTAGAAGCCATGTTCCTCCGTTGCAGTGCATATTCCTCCTGTGTCForwardReverse182GAPDHNM_204305ACATGGCATCCAAGGAGTGAGGGGGAGACAGAAGGGAACAGAForwardReverse266AMPKα1DQ302133CGGAGATAAACAGAAGCACGAGCGATTCAGGATCTTCACTGCAACForwardReverse266

參照文獻[18]的方法用2-ΔΔCT法定量目標基因相對表達量，以GAPDH作為參照基因進行校準

According to reference [18], the relative expression of target genes were determined by 2-ΔΔCTmethod, usingGAPDHas the reference gene for calibration

1.4 數據分析

數據采用SAS (Version 8e，SAS Institute，1998)統計軟件ANOVA法進行單因子方差分析，試驗數據用“平均值±標準誤(Mean±SE)”表示，P<0.05表示處理效應差異顯著。

2 結 果

2.1 熱應激對肉仔雞生長性能的影響

由圖1可知，24 與72 h熱應激均顯著降低肉仔雞平均體增重(P<0.05)；由圖2可知，24 與72 h熱應激均顯著降低肉仔雞平均采食量(P<0.05)。

2.2 熱應激對肉仔雞血液生化指標的影響

由表2可知，與對照組相比，24 h熱應激顯著高肉仔雞血漿中葡萄糖(GLU)和總膽汁酸(TBA)含量(P<0.05)；由表3可知，與對照組相比，72 h熱應激顯著提高肉仔雞血漿中葡萄糖(GLU)、甘油三脂(TG)和總膽固醇(TCHO)含量(P<0.05)。

柱形圖上所標字母相異表示差異顯著(P<0.05)，未標字母表示差異不顯著(P>0.05)。下圖同Different letters on the column charts indicate significant differences between treatments (P<0.05), no letters on the column charts mean no significant difference between treatments (P>0.05). The following figures are the same圖1 熱應激24 和72 h對肉仔雞體增重的影響Fig.1 Effects of heat stress for 24 and 72 h on the body weight gain of broiler chickens

圖2 熱應激24和72 h對肉仔雞采食量的影響Fig.2 Effects of heat stress for 24 and 72 h on feed intake of broiler chickens

2.3 熱應激對肉仔雞脂肪代謝相關基因表達的影響

由圖3可知，與對照組相比，24 h熱應激對肉仔雞肝中FATP-1、SREBP-1c、APOB和LXR基因表達均無顯著影響(P>0.05) (圖3A)；72 h熱應激顯著上調肉仔雞肝中FATP-1、SREBP-1c、APOB和LXR基因的相對表達量(P<0.05)(圖3B)。

2.4 熱應激對肉仔雞肝CYP7A1信號通路相關基因表達的影響

由圖4可知，與對照組相比，24 h熱應激對肉仔雞肝中FXR和CYP7A1基因表達無顯著性影響(P>0.05)(圖4A)；72 h熱應激對肉仔雞肝中FXR和CYP7A1基因表達有增加的趨勢(0.05

2.5 熱應激對肉仔雞肝AMPK的影響

由圖5可知，與對照組相比，24 h熱應激對肉仔雞肝中AMPKα1 基因表達沒有造成顯著影響(P>0.05)；72 h熱應激顯著上調肉仔雞肝中AMPKα1基因表達(P<0.05)。

表2熱應激24h對肉仔雞血液生化指標的影響

Table2Effectsof24-hourheatstressonplasmametabolitesinbroilerchickens

項目Item對照Control熱應激HeatstressP值P-value尿酸/(mmol·L-1)UA0.53±0.030.54±0.030.7668葡萄糖/(mmol·L-1)GLU13.49±0.28b15.55±0.26a0.0001甘油三酯/(mmol·L-1)TG0.17±0.030.27±0.040.0611總膽固醇/(mmol·L-1)TCHO3.13±0.183.50±0.140.1129總膽汁酸/(μmol·L-1)TBA35.33±1.60b42.21±2.03a0.0271

同行數據后所標字母相異表示差異顯著(P<0.05)，未標字母表示差異不顯著(P>0.05)。下同

Different letters in the same row means significant difference between treatments (P<0.05), no letters in the same row means not significant difference between treatments (P>0.05).The same as below

表3熱應激72h對肉仔雞血液生化指標的影響

Table3Effectsof72-hourheatstressonplasmametabolitesinbroilerchickens

項目Item對照Control熱應激HeatstressP值P-value尿酸/(mmol·L-1)UA0.47±0.020.52±0.030.2891葡萄糖/(mmol·L-1)GLU13.67±0.16b16.71±0.52a<0.0001甘油三酯/(mmol·L-1)TG0.34±0.04b0.82±0.11a0.0012總膽固醇/(mmol·L-1)TCHO2.76±0.16b3.52±0.18a0.0073總膽汁酸/(μmol·L-1)TBA38.52±3.4138.20±2.620.9430

圖3 24 和72 h熱應激對肉仔雞肝脂肪代謝相關基因表達的影響Fig.3 Effects of heat stress for 24(A) and 72 h(B) on the mRNA expression of FATP-1, SREBP-1c, APOB and LXR in livers of broiler chickens

圖4 24 和72 h熱應激對肉仔雞肝CYP7A1信號通路相關基因表達的影響Fig.4 Effect of heat stress for 24(A) and 72 h(B) on the genes expression in CYP7A1 signal pathway in livers of broiler chickens

圖5 24和72 h熱應激對肉仔雞肝AMPKα1基因表達的影響Fig.5 Effect of heat stress for 24 and 72 h on gene expression of AMPKα1 in livers of broiler chickens

3 討 論

3.1 熱應激對肉仔雞生長性能的影響

高溫可直接引起家禽采食量的降低。本研究結果顯示，熱應激顯著降低肉仔雞平均體增重和采食量，這與前期研究結果一致[19-21]。已有研究表明，熱應激誘導下丘腦-垂體-腎上腺皮質軸(Hypothalamic-pituitary-adrenal, HPA)的激活，腎上腺皮質大量釋放皮質酮影響家禽采食行為是造成生產性能下降的主要原因[22]。

與相近體重的哺乳動物相比較，家禽血漿中含有較高的血糖濃度[23]。本研究結果顯示，24 和72 h熱應激均顯著提高血漿中葡萄糖含量，此外，72 h熱應激顯著提高了血漿中甘油三脂和膽固醇含量。相關研究顯示，機體在應激條件下通過促進體內葡萄糖的動員和生產提高血糖水平以維持穩態[24]。短期應激下，HPA軸通過與腎上腺素、胰島素、胰高血糖素和交感神經系統的互作，提高血糖水平，滿足機體重要器官的能量供給[20]。而在長期應激時，HPA軸糖皮質激素的負反饋調節障礙，會持續促進糖皮質激素分泌，使脂肪和肌肉組織的脂肪動員和肝糖異生加強，導致游離脂肪酸和血糖水平升高[25]。本研究結果表明，長期熱應激時，機體肝脂肪代謝受到顯著影響。

3.2 熱應激對肉仔雞肝脂肪調控因子的影響

對于鳥類而言，肝是脂肪生成的主要場所[26]。家禽中甘油三脂主要在肝中合成后輸出，在皮下脂肪、肝及肌肉組織等器官中貯存[27-28]。FATP-1是重要的轉運蛋白之一，參與脂肪酸跨膜轉運和脂肪沉積[29]。報道證明，FATP-1不但直接調節脂肪酸跨膜轉運，而且催化細胞內脂肪酸轉化為酰基輔酶A，優先合成細胞內甘油三脂[30-31]。有研究表明，FATP-1敲除后顯著降低脂肪細胞甘油三脂的含量[31]。SREBPs為膜轉錄因子家族，能夠參與調節脂類合成基因的表達。SREBP-1c在高脂肪合成組織中高度表達，例如肝和脂肪組織[32]。LXR激活的SREBP-1c可通過轉錄激活脂肪合成過程中的相關基因，激活脂肪合成通路[33]。APOB在決定肝細胞合成和分泌VLDL的能力中起重要作用[29,34]。APOB是形成極低密度脂蛋白的必要成分，翻譯過程中和翻譯前修飾對VLDL合成、分泌、肝脂肪平衡很重要[35]。哺乳動物及家禽上，LXRs在脂類和膽固醇代謝上起重要調節作用，例如膽汁酸和脂肪酸的合成[36-37]。此外，LXRα不僅直接調控脂肪生成轉錄因子的表達，而且直接調控脂肪合成酶的表達，加強肝脂肪酸的合成[38]。研究表明，飼喂高膽固醇日糧的小鼠缺乏LXRα，顯著增加肝膽固醇的沉積[39]。本試驗結果表明，短期熱應激沒有影響肝中脂肪調控因子基因表達，長期熱應激顯著上調肝中FATP-1、SREBP-1C、APOB和LXR脂肪調控因子基因的表達，說明短期熱應激沒有影響肝脂肪代謝，長期熱應激則顯著調動了能量的重新分配，使肝脂肪合成增加。

3.3 熱應激對肉仔雞肝CYP7A1信號通路的影響

肝是機體膽固醇代謝的主要部位，游離脂肪酸分泌到膽汁或者進一步轉化為膽汁酸，該過程主要受微粒體酶CYP7A1調節[40]。CYP7A1主要參與肝由膽固醇合成膽汁酸和膽固醇的過程[41]。使用LXR激活劑TO-901317處理家禽肝細胞，顯著性上調SREBP1、FAS、CYP7A1基因表達[27]。FXR作為膽汁酸的感受器，在肝細胞中激活后，調節膽汁酸的合成、排出和腸道中重新吸收，從而維持體內膽固醇的穩態。在小鼠上，FXR抑制膽汁酸生成，而LXR促進膽汁酸生成。細胞中高濃度的膽汁酸是有毒的，因此，FXR對維持機體膽汁酸水平有重要作用[42]。小鼠FXR缺乏導致肝生成膽汁酸含量增加，干擾脂肪代謝，導致肝變性、炎癥和纖維化[43-44]。本試驗結果表明，短期應激提高了肉仔雞血漿中的膽汁酸含量，但沒有影響肝中FXR、CYP7A1基因表達，說明短期熱應激時血漿中膽汁酸含量增加可能跟肝中膽汁酸合成途徑無關；而長期熱應激時，血漿中膽汁酸含量未受影響，但是肝中CYP7A1和FXR基因表達有升高的趨勢，這是否是機體對抗熱應激的一種負反饋反應，值得進一步研究。

3.4 熱應激對肉仔雞肝AMPK的影響

AMPK在調控整個機體能量代謝上起重要作用，脂肪細胞生成的激素,例如瘦素和脂聯素也會影響AMPK，瘦素可激活骨骼肌中AMPK增加脂肪酸氧化，同時脂聯素可以激活肝中的AMPK，增加糖的利用和脂肪酸氧化，抑制肝中葡萄糖的生成[45]。AMPK是主要的細胞能量狀態感受器，AMP與ATP之比增加會激活AMPK[46]。作為能量感受器和代謝傳感器，AMPK可影響鳥類肝脂肪代謝，在短期的調節過程中，AMPK磷酸化抑制ACCα，繼而抑制丙二酰輔酶A和脂肪酸合成，AMPK控制肝葡萄糖和脂肪代謝，影響整個機體的能量利用[47-48]。外周AMPK激活后會關閉機體ATP生成的代謝過程，例如脂肪組織和肝中游離脂肪酸氧化[49-50]。本研究表明，24 h熱應激對肝AMPKα1基因的表達無顯著影響，而72 h熱應激則顯著提高肝AMPKα1基因表達，這一變化模式跟肝中脂肪代謝相關分子的變化一致，說明AMPK信號通路可能在應激影響肝脂肪代謝的機制中起著重要作用。

4 結 論

熱應激顯著降低肉仔雞生產性能，短期熱應激對肉仔雞肝脂肪代謝影響有限，長期熱應激則顯著改變肉仔雞肝脂肪代謝，AMPK可能參與熱應激對肝脂肪代謝的調控。

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