白術多糖對LPS誘導雛鵝脾臟免疫損傷的保護作用

郁浩勝,謝凌峰,陳天琪,李冰心,曹 楠,付新亮,田允波,許丹寧,李婉雁

(仲愷農業工程學院動物科技學院,廣州 510225)

鵝由于天性喜水,鵝在我國的養殖模式都依賴于水體,此種養殖模式存在很多弊端,糞便等排泄物被排放至水體后,隨著養殖時間的延長以及糞便的積累,水體中革蘭氏陰性菌利用糞便中氮磷等物質不斷繁殖,在細菌死亡后釋放內毒素(LPS)[1］。由于天氣和養殖環境等因素造成水體環境惡化,不能得到及時處理,形成污染源。水體中的細菌和LPS附著于粉塵顆粒漂浮在空氣中,通過呼吸和采食進入雛鵝體內,在體內堆積無法完全排出,從而對機體造成不良影響。革蘭氏陰性菌細胞壁的主要成分是LPS。在生產中,革蘭氏陰性菌感染會導致生理機能紊亂,免疫力降低引起免疫抑制等不良影響。脾臟是外周免疫器官,脾臟具有多種免疫細胞和因子,它們之間相互作用,相互調節,既可通過吞噬作用完成集體非特異性免疫,又可通過B、T細胞介導的體液免疫和細胞免疫發揮特異性免疫功能[2, 3］。T-bet和GATA-3分別表達于Th1和Th2細胞,T-bet和GATA-3的表達水平代表了Th1和Th2的水平;通過研究Th1和Th2的水平,達到治療某些疾病的作用[4-5］。LPS的損傷機制主要作用上皮細胞、免疫細胞等靶細胞,使細胞表面分子異常,導致細胞的功能性損傷;或者激活免疫細胞,使免疫細胞分泌大量炎性介質引起炎癥的發生。

近些年報道,中藥提取物對畜禽的免疫方面有作用[6-7］。白術多糖(polysaccharide ofAtractylodesmacrocephalakoidz,PAMK)是中藥白術的主要活性成分,具有綠色天然無毒無公害等作用特點。已有研究證實,白術多糖具有調節機體的免疫功能,維持機體免疫平衡,活化增殖免疫細胞的作用。前期研究表明,白術多糖具有維持機體免疫平衡,活化增殖免疫細胞等調節機體免疫功能的作用,然而白術多糖對于LPS引起的雛鵝脾臟損傷的研究還有待完善,因此本試驗將對雛鵝腹腔注射LPS制備雛鵝炎癥模型,試驗期間通過飼料拌喂白術多糖來進行治療,使用HE染色法、熒光定量PCR等試驗方法,研究白術多糖對雛鵝脾臟的影響,為進一步應用在生產實踐中提供理論基礎。

1 材料方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗動物 1日齡馬崗鵝80羽(公母各半),購自清遠金羽豐鵝業有限公司。

1.1.2 試驗藥物 白術多糖(CY201216),購自楊凌慈緣生物技術有限公司,純度為95%,;脂多糖(L2880-100MG)購自美國Sigma Chemical公司。

1.1.3 主要試劑與儀器 Trizol(1559602)購自美國Ambion公司;反轉錄試劑(Rr036A)購自日本TaKaRa;實時定量PCR染料2×RealStar Green Fast Mixture with ROX Ⅱ(A304-10)購自北京康潤誠業科技有限公司;熒光定量PCR儀器(ABI PRISM 7500 新加坡);光學顯微鏡。

1.2 試驗方法

1.2.1 動物分組及飼養管理 試驗選用80羽1日齡健康馬崗鵝,隨機分為對照組(CON組)、白術多糖(PAMK組)、脂多糖(LPS組)、白術多糖+脂多糖組(PAMK+LPS組),每組20羽。預飼3 d后,PAMK組和PAMK+LPS組飼喂添加400 mg/kg的白術多糖(純水充分溶解后均勻噴灑在飼料表面后烘干)至試驗結束。在24、26日齡時各進行一次注射給藥,CON組和PAMK組雛鵝腹腔注射0.5 mL生理鹽水;LPS組和LPS+PAMK組雛鵝腹腔注射2 mg/kg·BW LPS溶液,在26日齡注射結束1 h后,根據《仲愷農業工程學院實驗動物福利要求》宰殺雛鵝并采集脾臟。本試驗飼養期間均在仲愷教學試驗基地專人飼養,雛鵝自由采食和飲水全程飼養、免疫程序及環境標準均按《馬崗鵝肉鵝飼養管理技術規范》(廣東省地方標準DB 44/T 1595-2015)執行。藥物注射劑量參考前人研究結果[9］。

1.2.2 HE染色 每組隨機抽取3羽雛鵝頸動脈放血處死后采集脾臟,4 %多聚甲醛中固定,制作常規石蠟組織切片,進行HE染色。利用光學顯微鏡觀察脾臟組織結構形態,應用Photoshop軟件計算動脈周圍淋巴鞘面積。

1.2.3 實時熒光定量PCR 根據熒光定量PCR對引物要求,使用NCBI在線資源查找基因序列,設計合成引物,每組取6羽雛鵝并摘取脾臟,冷凍研磨脾臟組織,并進行RNA的提取,提取的RNA根據反轉錄試劑盒(Rr036A)說明書進行操作,得到cDNA。根據實時定量PCR染料(A25742)說明書配制反應體系,在實時熒光定量PCR儀器中檢測,以β-actin作為內參基因,應用2-ΔΔct法計算出目的基因的mRNA表達水平。本試驗的基因引物序列見表2,由生工生物工程股份有限公司合成。

表1 小鵝基礎日糧組成及營養水平(風干基礎)%

表2 熒光定量PCR引物

預混料為每千克日糧提供VA 5 000 IU,VD3 2 000 IU,VE 40 mg,VB1 2.5 mg,VB2 4 mg,VB6 4 mg,生物素biotin 0.2 mg,VB12 12 μg,泛酸鈣cal￣cium pantothenate 15 mg,Fe 90 mg,Cu 8 mg,Zn 70 mg,Mn 90 mg,Se 0.3 mg。

粗蛋白為實測值,其余營養水平為計算值。

1.2.4 數據處理與分析 脾臟動脈周圍淋巴鞘面積、細胞因子等數據統計均使用SPSS26.0軟件進行單因素方差分析,所有數據均以“平均值±標準誤(MEAN±SEM)”表示,P<0.05時表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 PAMK對LPS處理下雛鵝脾臟組織形態的影響 由圖1可知,與CON組和PAMK組相比,LPS組的脾臟細胞排列疏松、細胞損傷萎縮,形態各異,細胞數目減少并伴有凋亡現象,與LPS組相比,LPS+PAMK組的細胞排列緊密,細胞形態正常。與CON組和PAMK組相比,LPS組的動脈周圍淋巴鞘面積顯著縮小(P<0.05),LPS+PAMK組的動脈周圍淋巴鞘面積無顯著性差異(P>0.05)。上述結果表明PAMK能有效緩解LPS造成的脾臟組織損傷。

2.2 PAMK對LPS處理下雛鵝脾臟組織中炎性細胞因子的mRNA相對表達量的影響 IL-1β、IL-4、IL-6、TNF-α、IFN-γ參與調節機體免疫機能,在免疫系統中發揮關鍵作用。利用熒光定量PCR檢測IL-1β、IL-4、IL-6、TNF-α、IFN-γ的mRNA表達水平。結果如圖2所示,LPS組IL-1β、IL-6表達水平顯著高于CON組和PAMK組(P<0.05),但LPS+PAMK組與LPS組相比,IL-1β、IL-6表達水平顯著降低(P<0.05);LPS組IL-4表達水平高于CON組(P>0.05),但LPS+PAMK組與LPS組相比,IL-4表達水平顯著下降(P<0.05);LPS組TNF-α表達水平低于CON組(P>0.05),但LPS+PAMK組與LPS組相比,TNF-α表達水平顯著升高(P<0.05);LPS組IFN-γ表達水平顯著低于CON組(P<0.05),但LPS+PAMK組與LPS組相比,IFN-γ表達水平顯著升高(P<0.05)。結果表明,PAMK能夠顯著下調脾臟組織中炎性細胞因子的mRNA表達量,維持炎性細胞因子表達水平的相對穩定。

圖中數據柱上方的字母用于表示組間差異,字母相同則表示兩組間沒有差異(P>0.05),若字母不同則表示兩組間存在顯著性差異(P<0.05)。The letters above the data column in the figure are used to indicate inter group differences. If the letters are the same, it means there is no difference between the two groups (P>0.05). If the letters are different, it means there is a significant difference between the two groups (P<0.05).

2.3 PAMK對LPS處理雛鵝脾臟GATA-3與T-bet表達量變化 圖3結果顯示,LPS組GATA-3表達水平顯著低于CON組和PAMK組(P<0.05),但LPS+PAMK組與LPS組相比,GATA-3表達水平顯著升高(P<0.05);LPS組T-bet表達水平顯著低于CON組(P<0.05),但LPS+PAMK組與LPS組相比,T-bet表達水平顯著升高(P<0.05)。結果表明,PAMK能調節LPS處理雛鵝脾臟中GATA-3、T-bet的mRNA表達量,使其接近對照水平。

圖3 PAMK對LPS處理雛鵝脾臟GATA-3與T-bet表達量變化的影響

3 討論與結論

脾臟是鵝體內最大的外周免疫器官,其主要功能主要是通過清除免疫過程中機械損傷或異常的細胞來保護機體以降低各種病原的侵害,脾臟也能產生各種炎性因子調控機體免疫平衡。90%的血液流經脾臟,在抗感染和獲得性免疫應答方面有重要作用,同時脾臟也是細病原體對機體產生免疫抑制作用的靶器官。LPS是革蘭氏陰性菌細胞壁的主要成分,通過與機體細胞表面結合觸發多種信號通路并釋放細胞因子,是導致全身炎癥和多器官功能衰竭的重要發病機制。LPS是通過激活體內的淋巴細胞、巨噬細胞和中性粒細胞等免疫細胞,這些細胞分泌促炎性細胞因子激活信號通路,引發細胞損傷導致器官衰竭。LPS被大量實驗用作建立細菌感染的炎癥動物模型。[10］。研究認為脾臟實質中含有大量T、B淋巴細胞,淋巴細胞是免疫系統中至關重要的細胞群,主要參與細胞的免疫調節和執行細胞免疫功能的作用。因此,雛鵝脾臟的生長發育及組織結構形態的變化,均對雛鵝的免疫功能研究有重要意義。

本研究表明,LPS組雛鵝脾臟的細胞形態發生改變,形態各異,細胞間排列疏松,細胞數目減少,并有凋亡現象,組織結構及細胞損傷導致炎癥的發生;動脈周圍淋巴鞘主要聚集大量T細胞,HE染色結果顯示,脾臟組織動脈周圍淋巴鞘面積顯著縮小,顯著影響了雛鵝脾臟組織結構,表明細胞免疫功能降低,造成了嚴重損傷,這也說明LPS誘導的雛鵝免疫抑制模型構建成功。據先前研究,在飼糧中添加400 mg/kg的PAMK能夠對機體起到一定保護作用[11］,前期結果也證實這一點,但PAMK對LPS誘導雛鵝炎癥的保護機制尚不明確。

本研究表明,LPS通過增加IL-1β、IL-4、IL-6和降低TNF-α、IFN-γ等細胞因子表達水平從而導致機體免疫系統失衡甚至直接造成炎癥損傷。很多植物性多糖的研究也在證實,在機體處于炎癥狀態下,它們可以促使淋巴細胞增多、改善脾臟組織結構[12, 13］、調控炎性因子表達水平和抑制脾臟細胞的凋亡,從而緩解LPS帶來的影響[14, 15］。本試驗結果顯示,PAMK+LPS組顯著降低了IL-1β、IL-6的表達,顯著增加了TNF-α、IFN-γ的表達,這可能是PAMK調節免疫水平和緩解細胞損傷的途徑之一。

Th1主要介導細胞免疫,具有免疫殺傷作用,可促進B細胞產生抗體,在特異性自身免疫疾病和抗感染免疫中起重要調節作用,T-bet是Th1的關鍵性轉錄因子,主要作用包括抗病毒、抗腫瘤、抗寄生蟲感染等,在促進Th0向Th1分化過程中起決定性作用,T-bet的表達量升高,可促進Th1的分化,抑制Th2細胞產生,調節Th1免疫反應[15-18］。Th2主要參與調節體液免疫反應,GATA-3是Th2的關鍵性轉錄因子,GATA-3的表達量升高,促進了Th0向Th2的分化,調節Th2的免疫反應[18, 19］。有報道指出,GATA-3在機體造血過程中也有作用[20］。本研究表明,LPS顯著降低了GATA-3和T-bet的mRNA轉錄水平表達,白術多糖顯著上調了脾臟淋巴細胞中Th1和Th2細胞的特異性轉錄因子GATA-3和T-bet的mRNA轉錄水平,進而促進Th1細胞因子(TNF-α和IFN-γ)及Th2細胞因子(IL-4和IL-6)的mRNA表達。這表明PAMK通過調節脾臟中GATA-3和T-bet的表達量改善了LPS對雛鵝炎癥反應,維持免疫功能的相對穩定。

PAMK可以通過調節體內炎性因子和轉錄因子的表達緩解LPS誘導的雛鵝脾臟免疫炎癥反應,并維持脾臟的正常組織結構。