谷氨酰胺介导Nrf2信号通路保护热应激肉鸡骨骼肌细胞氧化损伤的作用机理

Heat stress can enhance the formation of ROS, induce oxidative stress and decrease meat quality in skeletal muscle of broilers. Nuclear factor-E2-related factor 2 (Nrf2) is the key signal pathway in environmental and oxidative stress response. In the previous study, glutamine (Gln) can significantly improve the levels of anti-oxidative stress protein (e.g. superoxide dismutase) which was regulated by antioxidant response element (ARE) in the skeletal muscle of broilers. However, the mechanisms how Gln regulates Nrf2 signal pathway for protection of oxidative stress are still not clear. Based on previous work, RNA interference, gene overexpression, flow cytometry, qReal-time PCR and Western blot were used to investigated effect of Gln on antioxidant capacity through Nrf2 signal pathway of broilers and skeletal muscle myoblast under heat stress condition. The above research conclusions show the molecule mechanism of oxidative damage induced by heat stress. Furthermore, these results also show that Gln alleviate the oxidative damage via Nrf2 signal pathway in broilers and skeletal muscle myoblast during heat stress.

热应激提高肉鸡骨骼肌细胞ROS浓度，导致氧化应激损伤，降低肌肉品质。Nrf2通路是动物机体内抵抗环境和氧化应激的重要信号通路。申请者前期研究表明，谷氨酰胺（Gln）在机体热应激时发挥重要功能，可显著提高Nrf2通路下游抗氧化反应元件（ARE）调控的抗氧化蛋白表达水平（如超氧化物歧化酶），增强动物机体的抗氧化作用。但是，目前有关Gln调节Nrf2信号通路改善热应激骨骼肌细胞氧化损伤的作用机制仍不十分清楚。基于此，本研究以热应激肉鸡为研究动物，结合成肌细胞培养试验，利用RNA干扰、基因过表达、流式细胞术、荧光定量PCR、Western blot等技术研究Gln介导Nrf2信号通路保护热应激肉鸡骨骼肌细胞损伤的作用和机理，阐明热应激对肉鸡骨骼肌细胞的氧化损伤作用机制及Gln的关键干预靶点，为预防和改善高温对肉鸡肌肉的氧化损伤提供重要的科学依据，对肉鸡养殖业经济效益的提高具有一定指导意义。

夏季高温是制约肉鸡生产的难点之一。热应激不仅降低肉鸡生产性能，还容易增强其骨骼肌细胞氧自由基水平，引起氧化损伤，降低肌肉品质。本课题组前期研究发现谷氨酰胺（Gln）具有重要的抗应激功能，可提高热应激肉鸡骨骼肌抗氧化能力，但是其作用机制并不清楚。本项目从动物和细胞试验研究Gln经Nrf2通路改善热应激肉鸡骨骼肌氧化损伤的作用机制。肉鸡试验表明，循环热应激显著降低肉鸡增重、采食量、胸肌和腿肌肌肉品质。与热应激组比，日粮添加1.5%Gln可显著提高肉鸡增重、采食量、胸肌和腿肌肌肉品质。本研究中，热应激引起肉鸡骨骼肌及其卫星细胞丙二醛（MDA）升高（氧化应激的指示剂），抗氧化能力降低，而Gln可以反转该效应，即降低热应激肉鸡骨骼肌及其卫星细胞MDA含量，升高谷胱甘肽（GSH）、超氧化歧化酶（SOD）、总抗氧化能力（T-AOC）水平，增加其抗氧化能力，说明Gln可缓解热应激引起肉鸡骨骼肌细胞的氧化损伤。Nrf2（Nuclear factor-E2-related factor 2）信号通路是关键的抗氧化信号通路。Nrf2激活会增强下游抗氧化反应元件（ARE）的基因表达。我们研究发现Gln激活热应激肉鸡骨骼肌细胞Nrf2基因和蛋白表达，进而激活部分抗氧化因子的基因和蛋白表达，说明Nrf2信号通路在Gln改善热应激肉鸡骨骼肌氧化损伤中起重要作用。从Nrf2激活和抑制骨骼肌卫星细胞试验研究中发现，Nrf2激活会提高热应激肉鸡骨骼肌卫星细胞的抗氧化能力。在骨骼肌细胞Nrf2抑制的情况下，Gln并不能显著提高骨骼肌卫星细胞总抗氧化能力，说明Nrf2信号通路是Gln改善热应激肉鸡骨骼肌细胞的关键通路之一。综上所述，热应激会导致肉鸡骨骼肌细胞氧化损伤，引起其肌肉品质下降，而Gln介导Nrf2信号通路改善热应激肉鸡骨骼肌细胞氧化损伤，进而提高热应激肉鸡骨骼肌肌肉品质。本项目研究表明Nrf2是Gln缓解热应激肉鸡骨骼肌细胞氧化损伤的关键靶点之一，为Gln在夏季高温应用于肉鸡生产提供了科学依据。