家鸡短链脂肪酸（SCFAs）受体基因功能鉴定及SCFAs在肠组织中的作用探究

It is well documented that short-chain fatty acids (SCFAs), such as acetate, propionate, butyrate, are produced in the large intestine by bacterial fermentation of ingested carbohydrates and dietary fibers. Originally, these SCFAs have been viewed as the nutrients and transported into the blood stream; however, there is increasing evidence showing that SCFAs can function as the key signaling molecules to regulate many physiological physiological processes, including gastrointestinal tract functions, inflammation, and metabolism. In chickens, the addition of SCFAs (i.e. Butyrate) was reported to stimulate intestinal growth and inhibit the growth of Salmonella Enteritidis in intestine, implying that SCFAs, mainly produced by bacterial fermentation, may regulate the physiological functions of chickens. To test this hypothesis, our present study aims to: 1) investigate whether the receptors for SCFAs exist and function in chickens; 2) examine the spatio-temporal expression patterns of the functional SCFA receptors in developing gastrointestinal(GI) tract; 3) test whether SCFAs can regulate the development, functions, and gene expression of the intestine. The results from present study will help to elucidate the roles of SCFAs in GI tract and other tissues. Meanwhile, our study will also provide evidence that the SCFAs produced by gut microbe may affect the phenotypic traits of chickens, and established a theoretical basis for the better usage of these SCFAs in poultry industry.

在哺乳动物中，短链脂肪酸（SCFAs）是一类短碳链化合物, 主由摄入食物纤维和碳水化合物经肠道菌群发酵后产生，可作为肠上皮细胞主要供能物质。 最新研究表明：SCFAs可作为信号分子，通过其特异性受体(FFAR2和FFAR3)，参与机体肠道发育、免疫、代谢等调节。 在家鸡中，饲料中添加SCFAs（如：丁酸盐）可刺激肠道发育，并提升肠道抑菌(如沙门氏菌)能力，暗示: SCFAs也可作为信号分子，参与家鸡生理功能调节。为验证该假说，本研究拟采用多种实验方法探究： 1）在家鸡中, 是否存在SCFAs的多个功能性受体； 2) SCFAs功能性受体在发育消化道中的时空表达图谱； 3）SCFAs可否作为信号分子，调控肠道发育、功能与基因表达。以上问题的解答，可为阐释'短链脂肪酸及其受体'在家鸡肠组织中的生理作用奠定基础；同时，亦为开发利用短链脂肪酸，改变肠道菌群结构，提升养殖综合效益提供理论指导。

在哺乳动物中，短链脂肪酸（SCFA）是一类短碳链化合物（C1-C6）经由摄入食物纤维和碳水化合物经肠道菌群发酵后产生，可作为结肠和小肠上皮细胞的主要供能物质。最新研究表明：SCFAs可作为信号分子，通过其特异性受体(FFAR2和FFAR3)，参与机体肠道、免疫、代谢等功能调节。本研究致力探究SCFAs作为信号分子，参与家鸡生理功能调节的机制。本研究发现：1）家鸡中存在SCFAs的多个功能性受体, 同时，这些功能性受体基因拷贝数在不同家鸡品系中不同(拷贝数波动范围：5-14个)，SCFAs拷贝数变异(CNV)现象亦在其他禽类以及低等动物中存在。2) 在家鸡中，SCFAs受体可分为两类：‘似FFAR2’型(FFAR2-like receptor, FFAR2L)和‘似FFAR3型(FFAR3-like receptor)。‘FFAR3L’在消化道大部分区段以及肝脏、肾、垂体等组织中高表达，‘FFAR2L’在精巢中极高表达。依赖自建的受体功能测试系统，我们的研究发现‘FFAR2L’和‘FFAR3L’均对丁酸的敏感性很高，对乙酸不敏感。两种受体激活后，主要依赖胞内MAPK/ERK信号通路发挥效应。3）有鉴于丁酸对家鸡SCFA受体的高效刺激，本研究在在饲料中单独添加包膜丁酸钠(450mg/kg饲料)，喂食罗曼粉蛋鸡7-15-30天，丁酸盐可显著改变盲肠绒毛数量与高度，提示丁酸对盲肠隐窝、上皮细胞的数量具调节效应。此外，宏基因组测序和转录组分析显示，丁酸喂食后，家鸡肠道优势菌群数量发生显著改变，207个基因表达获得调控。4）在短时(0-48h)体外培养的1周龄家鸡肠道上皮细胞中，丁酸处理可显著刺激ERK磷酸化水平，丁酸还可显著抑制组蛋白去乙酰化酶(HDAC)的活性，提升组蛋白乙酰化水平，进而调节基因转录。此外，丁酸亦可刺激肠肽(Gut peptides), 如GIP，NMU等的表达，以及部分生长因子(HB-EGF, AREG等)的表达，提示其或参与肠道细胞增殖与功能调节。5）本研究同时探究了SCFAs 及其受体在家鸡脂肪组织，肝脏中的效应。综上，本研究成功建立SCFAs作为信号分子，可经由其受体，广泛参与调节机体多个组织，包括肠道、脂肪，肝脏效应的概念。这些研究为开发利用短链脂肪酸，提升家鸡养殖综合效益提供理论指导。