烟酸对高精料诱导下瘤胃上皮细胞凋亡的保护机制

Apoptosis is an important physiological process relevant to the structural and functional integrity of rumen epithelial cells. High concentrate diets can induce apoptosis of rumen epithelium cells, thereby increasing the production losses caused by ruminal acidosis. To investigate the protective mechanism of niacin on rumen epithelial cell apoptosis, the effects of niacin and niacin antagonist on NAD (P) levels, redox state in rumen and rumen epithelial cell apoptosis and related gene expression will be studied in vitro and in vivo. The results will help us to further understand the occurrence and treatment mechanisms of rumen barrier disruption under high concentrate conditions, and make a breakthrough for seeking new therapeutic drugs in rumen acidosis.

细胞凋亡是影响瘤胃上皮细胞结构和功能完整性的重要生理过程之一。高精料日粮可诱导反刍动物瘤胃上皮细胞凋亡，进而加重瘤胃酸中毒造成的生产损失。本研究通过添加烟酸及烟酸拮抗物，结合体外、体内试验，研究烟酸对瘤胃内NAD(P)水平、氧化还原状态以及瘤胃上皮细胞凋亡和相关基因表达的影响。探讨烟酸对高精料诱导下瘤胃上皮细胞凋亡的保护机制。通过研究，有助于我们进一步了解高精料条件下瘤胃屏障破坏的发生和治疗机制，并在寻求瘤胃酸中毒治疗药物方面有新的突破。

细胞凋亡是影响瘤胃上皮结构和功能完整性的重要生理过程。高精料日粮可诱导瘤胃上皮细胞凋亡，加重瘤胃酸中毒造成的生产损失。课题组通过体内试验，探明了高精料日粮可造成瘤胃内NADH/NAD+的比例提高，破坏瘤胃内氧化还原状态，降低瘤胃上皮细胞的抗氧化能力。瘤胃上皮Fas、Bcl-2、Bax、Caspase-3、Caspase-8、Caspase9、P53的基因表达水平极显著提高，导致瘤胃上皮细胞凋亡增加，瘤胃屏障受损。添加烟酸后通过补充NAD+，可极显著提高瘤胃pH值。同时改善瘤胃内氧化还原状态，有效提高瘤胃上皮细胞抗氧化能力，显著地降低凋亡相关基因的表达，减少瘤胃上皮细胞的凋亡。我们还通过两个体外试验，探讨了丁酸和乳酸对瘤胃上皮细胞凋亡的影响及烟酸的保护机制。试验结果发现低浓度丁酸（<20 mmol/L）和低浓度的乳酸（100 mmol/L）能够促进瘤胃上皮细胞的生长，这说明丁酸和乳酸的反馈增加可能是瘤胃上皮抵御瘤胃酸中毒的一种反应。但高浓度丁酸（120 mmol/L）或乳酸（300 mmol/L）会诱导瘤胃上皮细胞发生凋亡。它们都是通过诱导ROS的产生，增加细胞氧化应激，上调p53、Fas、PARP-1、Cyt-C、caspase家族基因及蛋白的表达，引起DNA损伤，来诱导瘤胃上皮细胞发生凋亡的。但丁酸主要引起的是caspase-3和caspase-9的表达，而对caspase-8无影响，推测其可能是通过线粒体凋亡途径来实现细胞凋亡的。乳酸则对caspase-9、caspase-8、caspase-3基因及蛋白的表达都有增加，但对Bcl-2、Bax及Bax/ Bcl-2无影响。推测其通过内源途径和外源途径共同激活凋亡，且此过程不依赖Bcl蛋白家族。添加40 mmol/L的烟酸可以通过抑制ROS的生成，提高细胞抗氧化能力，缓解丁酸和乳酸引起的氧化应激，来降低DNA的损伤，阻止凋亡上游事件的发生，抑制凋亡途径的激活，从而起到细胞保护作用。本课题首次对高精料条件下引起的瘤胃屏障破坏有了进一步的了解及烟酸对瘤胃上皮的保护作用。并通过体外试验验证了烟酸对瘤胃高精料发酵重要产物乳酸和丁酸诱导的瘤胃上皮细胞凋亡进行保护的分子机制。该结果可对丰富反刍动物瘤胃酸中毒理论，以及寻找新的瘤胃酸中毒调控剂和绿色饲料添加剂提供了理论参考。