硫化氢诱导瘤胃上皮粘膜损伤和细胞炎性反应的机制

Sulfur content is one of the major factors limiting inclusion of ethanol coproducts DDGS in animal diets. Sulfur content more than beef cattle normal requirement will negatively effect on finishing cattle performance, and even cause disease in animals. The basic hypothesis of this project is of high sulphate diet can increase the number of sulfate reducing bacteria in the rumen microflora, hydrogen sulfide reduction products can cause rumen mucosa damage, increase the rumen epithelial permeability, induce rumen inflammatory response. The project will use animal nutrition, rumen microbiology ecology, bioinformatics and transcriptome research means to discuss the toxity of hydrogen sulfide. It will focus on the diet with high sulphur influence rumen microflora community and the abundance changing of sulfate reducing bacteria; High sulphur diet influence on rumen epithelium mucosa integrity; Hydrogen sulfide rumen epithelial cells induced inflammation reaction of gene expression regulation. The project will clarify hydrogen sulfide of rumen epithelium mucosa damage, explore the molecular mechanism of excess hydrogen sulfide trigger inflammation, rumen microorganisms was revealed the interaction between host and animal nutrition.

硫的含量偏高是限制干谷物酒精糟及其可溶物（DDGS）在动物生产中广泛使用的主要因素。硫的含量超过肉牛正常的需要量时，就会影响动物的生产性能，甚至引发动物疾病。本项目的基本假设是高硫酸盐饲粮能够增加瘤胃微生物区系中硫酸盐还原菌的数量，还原产物硫化氢能够造成瘤胃粘膜损伤，增加瘤胃上皮的通透性，诱发瘤胃炎症反应。本项目将运用动物营养学、瘤胃微生物学生态学、生物信息学和转录组基因组学等研究手段，重点研究高硫日粮对瘤胃微生物区系变化和硫酸盐还原菌丰度的影响；高硫日粮对瘤胃上皮粘膜完整性的影响；硫化氢诱导瘤胃上皮细胞发生炎症反应的基因表达调控。项目的开展将阐明硫化氢对瘤胃上皮粘膜屏障的损伤作用，探索过量硫化氢引发炎症反应的分子机理，初步揭示瘤胃微生物、动物宿主和饲料营养之间的相互作用关系。

干谷物酒精糟及其可溶物（DDGS）作为反刍动物饲料原料的过程中，容易发生硫过量的情况，导致动物中毒。本研究通过五个试验探讨了高硫日粮对瘤胃发酵、瘤胃上皮屏障功能和炎症反应的影响。试验一：高硫日粮对瘤胃发酵的影响。通过体外发酵技术、瘘管牛饲喂试验，研究了不同硫浓度日粮对体外发酵和瘤胃发酵的影响。结果表明，发酵底物中的硫会线性降低体外产气量（P<0.01）、提高体外发酵中硫化氢气体浓度、降低甲烷气体浓度，但是对体外发酵参数没有显著影响（P>0.05）；动物试验结果表明，高硫日粮理提高了挥发性脂肪酸浓度（P<0.01），尤其提高了丁酸的浓度（P<0.01），影响瘤胃发酵类型。试验二：高硫日粮对瘤胃液和粪便微生物多样性的影响。采用高通量技术Illumina MiSeq平台测定瘤胃和粪便中的菌群多样性，了解了消化道不同部位菌群对日粮中硫的反应情况。结果表明，高硫日粮对瘤胃和粪便微生物区系的整体微生态影响较小，随着硫含量的升高硫酸盐还原菌Desulfovibrio的含量有所提高。试验三：高硫日粮对瘤胃上皮屏障功能的影响。利用石蜡切片、电镜观察、荧光定量等方式，分析瘤胃上皮组织形态的变化。结果表明，高硫日粮破坏了瘤胃上皮形态结构的完整性，进而提高了瘤胃上皮的通透性，破坏了屏障功能。试验四：高硫日粮对瘤胃液和血清代谢组的影响。通过研究高硫日粮对反刍动物瘤胃和血清的代谢的影响，进一步分析反刍动物健康的影响。选取CON组和S3组的样品进行基于LC-MS的代谢组学检测。结果表明，高硫日粮会导致瘤胃微生物代谢和血清代谢发生改变，有可能会激活炎症和疾病相关通路，有损反刍动物瘤胃和机体健康。试验五：高硫日粮对瘤胃上皮基因转录组的影响。通过研究高硫日粮对反刍动物瘤胃上皮转录组的影响，进一步分析高硫日粮对反刍动物瘤胃上皮转录信号及炎症反应的影响。结果表明，高硫日粮激活了瘤胃组织上皮中免疫和防御信号通路，同时引起炎症反应。