丙酸对早期断奶犊牛瘤胃上皮发育的影响及其机理研究

Rumen development conditions of early weaning calves can directly affect the growth and development of the calf late production performance as well as health status, so research about the early weaned calf rumen development has always been an important part of ruminant nutrition research. Some studies have shown that propionate could promote earlier rumen development and regulate the insulin (IGF) and pancreatic glucagon (IRG)in blood. In addition, our group preliminary study also found that propionate could promote rumen epithelial development and preadipocyte proliferation. However, whether the propionate promotes the epithelial cells development through endocrine pathways or the G protein-coupled pathway has not been reported. In view of above, this project aims to study the effect of propionate on rumen epithelial growth by in vitro cell culture, animal feeding trials, using frozen sections immunohistochemical technique, biochemical detection methods and modern molecular biology methods such as western blot, fluorescence quantitative PCR measuring blood growth factor, rumen epithelial cell division cycle regulatory proteins, G protein coupled receptors, the expression of insulin receptor and its mRNA expression. The purpose of this project is to explain clearly the mechanism of propionate promoting rumen epithelium development though G protein coupling system or endocrine system in order to provide theoretical basis for early weaned calves production.

早期断奶犊牛的瘤胃发育状况直接影响犊牛后期的生长发育、生产性能及健康状况，故对早期断奶犊牛瘤胃发育的研究一直是反刍动物营养研究的重要内容之一。有研究表明，丙酸能促进犊牛早期瘤胃发育并对胰岛素（IGF）和胰高血糖素（IRG）的分泌均有调控作用；本课题组前期研究也发现丙酸有促进牛前脂肪细胞增殖和瘤胃上皮发育的效果。但有关丙酸是否通过内分泌途径促进上皮细胞的发育或是通过G蛋白偶联途径促进瘤胃上皮细胞的生长与增殖的作用机制研究尚未见报道。鉴于此，本项目通过体外细胞培养、动物饲养试验，采用冷冻切片免疫组织化学、生化检测方法、western-blot、荧光定量PCR等技术，研究丙酸对瘤胃上皮细胞发育、血液生长因子、G蛋白偶联受体、胰岛素受体表达量的影响，初步阐明丙酸通过调节内分泌途径或G蛋白偶联系统调控瘤胃上皮发育的机制。该项目将为丙酸作为促瘤胃发育调控剂在早期断奶犊牛中的应用提供科学依据。

本课题利用丙酸钙作为饲料添加剂研究丙酸钙对犊牛生长性能、内脏器官以及胃肠道发育的影响，探讨更多的丙酸促进犊牛瘤胃上皮通路和机理。.1、研究了添加不同水平的丙酸钙对不同日龄犊牛生长性能、内脏器官以及胃肠道发育的影响。选用娟姗公犊牛54头（Age：7±1 d，BW：23.1±1.2公斤)，按照随机分组原则分成3处理：1）对照组不添加丙酸钙（Con），2） 补充5%的丙酸钙（5%CaP），3）补充10%的丙酸钙（10% CaP,）。饲喂周期为160 d，一共分为3饲养阶段：第一阶段（0到30天）， 第二阶段（31到90天）， 第三阶段（91 到160 天）。在每个阶段结束时， 随机从每个处理组中选择6头犊牛屠宰并取样。研究结果表明，添加丙酸钙可以提高犊牛的生长性能、促进肝脏和脾脏等内脏器官以及胃肠道的发育。.2、研究了添加不同水平的丙酸钙对不同日龄犊牛瘤胃发酵以及瘤胃发育的影响。结果表明，加丙酸钙能够促进瘤胃发酵，提高瘤胃内丙酸含量，并且能够促进瘤胃上皮的发育，瘤胃上皮乳头的长度与瘤胃内的丙酸含量呈正相关关系。.3、研究了添加丙酸钙对不同日龄犊牛血液生化指标以及160天瘤胃上皮mRNA基因表达量的影响，并阐明丙酸钙促进犊牛瘤胃上皮发育的机理。试验结果表明添加丙酸钙调控瘤胃上皮发育机理可以分为两个途径：第一是通过提高瘤胃上皮胰岛素受体和IGF-1R基因表达量促进瘤胃上皮细胞的有丝分裂，提高瘤胃上皮的发育；另一方面丙酸可以直接作为信号分子通过G蛋白偶联受体途径提高GPCR43的基因表达量来直接促进瘤胃上皮的发育。.4、通过高通量转录组测序（RNA-Seq）方法分析添加丙酸钙对犊牛瘤胃上皮基因表达差异的影响。研究结果表明样本匹配到牛基因组的基因总共有18084个，其中添加丙酸钙组比对照组高表达的基因有216个，低表达的基因有153个。通过GO富集分析发现添加丙酸钙可以上调与上皮细胞发育相关的TGM3、TGM1、OVOL1、DSP、IVL、SPINK5、CLDN4、CNFN、KRT36基因的表达量促进瘤胃上皮的发育；Pathway分析表明差异基因主要通过代谢、信号转导以及内分泌系统影响瘤胃上皮的发育。