高、低淀粉饲粮及山羊代谢物中蛋白质、脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量的检测

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检测样品: 饲料
检测项目: 营养成分
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发布时间: 2023-09-16
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高、低淀粉饲粮对山羊小肠甜味受体信号通路基因表达的影响

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高、低淀粉饲粮对山羊小肠甜味受体信号通路基因表达的影响动物营养学报2021,33(4):2278⁃2289Chinese Journal of Animal Nutrition 燕爱飞等:高、低淀粉饲粮对山羊小肠甜味受体信号通路基因表达的影响4期9722 doi :10.3969/ j.issn.1006⁃267x.2021.04.046 高 、低淀粉饲粮对山羊小肠甜味受体信号 通路基因表达的影响 燕爱飞 1,2 周芳芳 1,3 康劲翮 1 王 荣 1 王 敏 1 林 冉 涛 1 刘 勇 1∗ 谭支良 1 波 3 (1.中国科学院亚热带农业生态研究所 ,亚热带农业生态过程重点实验室 ,畜禽养殖污染控制与资源化技术 国家工程实验室 ,湖南省畜禽健康养殖工程技术中心 ,长沙 410125;2.中国科学院大学现代农业科学学院 ,北京 100049;3.广西大学动物科学技术学院 ,南宁 530004) 摘 要 :本试验旨在探讨高 、低淀粉饲粮对山羊小肠黏膜结构 、肠道激素浓度 、甜味受体及其通 路元件基因表达的影响 。试验选择体况相似的雄性湘东成年黑山羊 20只 ,随机分为 2组 ,每组 10只 ,分别饲喂高淀粉 (50.4%,HS 组 )和低淀粉饲粮 (13.1%,LS 组 )。试验期 38 d 。结果表 明 :1)与 LS 组相比 ,HS 组空肠和回肠的隐窝深度增加 (P >0.05),十二指肠和空肠的绒毛高度 降低 (P >0.05);回肠黏膜中胆囊收缩素 (CCK )(P >0.05)和胰高血糖素样肽 -2(GLP⁃2)(P >0.05)及回肠内容物中胰高血糖素样肽 -1(GLP⁃1)(P <0.05)和酪酪肽 (Pyy )(P >0.05)的浓度 均增加 ,但回肠黏膜和回肠内容物中胃泌素抑制肽 (GIP )的浓度降低 (P >0.05)。 2)2组间 Ⅰ型 味觉受体 3(T 1R 3)、α -味移导素 (α ⁃gustducin )、瞬时受体电位离子通道蛋白 M 型 5(TRPM 5)、葡萄糖转运蛋白 2(GLUT 2)和钠 /葡萄糖共转运载体 1(SGLT 1)在十二指肠 、空肠和回肠中的基 因表达量无显著差异 (P >0.05),但 HS 组空肠 α ⁃gustducin 基因表达量显著低于 LS 组 (P <0.05)。 3)相关性分析显示 ,回肠内容物葡萄糖浓度与回肠 α ⁃gustducin 、TRPM 5和 SGLT 1的基 因表达量之间呈显著正相关 (0.05< r <0.30,P <0.05),而与空肠甜味受体关键元件 T 1R 3与 SGLT 1的基因表达量之间的相关系数为 0.93(P <0.01),与空肠 TRPM 5基因表达量之间的相关 系数为 0.66(P <0.01),与空肠 GLUT 2基因表达量之间的相关系数为 0.48(P <0.01)。综上所 述 ,相比粗蛋白质和粗纤维 ,淀粉是甜味信号通路元件以及葡萄糖转运载体的主要影响因素 ,但 高淀粉饲粮对发育成熟的山羊肠道黏膜结构及功能影响较小 。 关键词 :淀粉饲粮 ;甜味受体 ;肠道激素 ;基因表达 中图分类号 :S826 文献标识码 :A 文章编号 :1006⁃267X (2021)04⁃2278⁃12 近年来 ,高谷物饲粮已成为提升反刍动物养 殖经济效益的一种营养策略 。淀粉 ( starch )作为 高谷物饲粮的重要能源物质 ,充分研究其在反刍 动物胃肠道中感应 、转运和吸收等生理过程 ,对于 指导畜牧生产 、通过营养调控手段实现养殖业提 质增效具有重要意义 。 饲粮中约 80%淀粉被瘤胃微生物降解成挥发 性脂肪酸 (volatilefatty acid ,VFA ),经瘤胃上皮吸 收 ,为机体提供能量 。高谷物饲粮中 5%~20%淀 粉到达小肠 ,并经胰 α 淀粉酶作用生成寡糖 、低聚 糖 、二糖或单糖 [1],然后在位于肠上皮内的感应受 体和转运载体的作用下被吸收利用 。肠道内的营 收稿日期 :2020-09-28 基金项目 :国家自然科学基金项目 (31702139,31702141);湖南创新型省份建设专项 (2020NK2012);亚热带农业生态过程重点实验室项目 (2020000049) 作者简介 :燕爱飞 (1996—),男 ,山东广饶人 ,硕士研究生 ,从事反刍动物营养学研究 。 E⁃mail : yanaifei19@mails.ucas.ac.cn ∗通信作者 :刘 勇 ,副研究员 ,硕士生导师 ,E⁃mail : y.liu@isa.ac.cn 养物质感应受体主要是 G-蛋白偶联受体 (G⁃pro⁃tein⁃coupled receptors ,GPCRs )[2-3],如感应糖类物 质的甜味受体 Ⅰ型味觉受体 2/Ⅰ型味觉受体 3( tastereceptor type 1 member 2 / taste receptor type 1member3, T1R2/T1R3)。甜味受体 T1R2/T1R3是由第一味觉受体家族 ( tastereceptor family 1,T1Rs )中 T1R2和 T1R3构成的异二聚体 ,是人类 及部分哺乳动物口腔及胃肠道内的主要甜味物质 感应受体 [4-6]。 T1R2/T1R3感知肠腔中葡萄 糖 [4,7],激活级联信号转导通路 ,促使肠道味觉化 学感应细胞 ( taste⁃chemosensory cells ,TCS )活化 ,一方面将甜味信号分子以及肠腔内葡萄糖信号传 导给神经系统 ,另外一方面激活钠 /葡萄糖共转运 载体 1 (sodium⁃glucose linked transporter 1,SGLT1)和葡萄糖转运蛋白 2(glucosetransporters 2,GLUT2)实现单糖的转运 。单糖或人工甜味剂 与其关键位点结合 ,活化 α -味移导素 (α ⁃gustdu⁃cin ),并产生活性的 G 蛋白 α 亚基和游离 β、γ 亚 基 [8]。 α 亚基通过环磷酸腺苷 ( cAMP )途径引起 胞外 Ca2+内流 ,使 TCS 去极化 ;β、γ 亚基激活磷脂 酶 C⁃β 2(phospholipaseC⁃β 2, PLC⁃β 2)使其发生异 构化 ,分解磷脂酰肌醇二磷酸 (PIP2)产生三磷酸 肌醇 ( IP3)和二酰甘油 (DAG ),使内质网储存的 大量 Ca2+释放到细胞质中 ,引起瞬态受体电位阳 离子通道的开放 ,促进 Na+内流而使 TCS 去极 化 [9-13]。 T1R2/T1R3介导信号通路能促进肠道激 素如胃泌素抑制肽 (gastrininhibitory peptide ,GIP )、胰高血糖素样肽 -1(glucagon⁃like peptide⁃1,GLP⁃1)和胰高血糖素样肽 -2(glucagon⁃like pep⁃tide⁃2,GLP⁃2)的分泌 [14],并促进 SGLT 1的表 达 [15]。有研究证实甜味受体 T1R2/T1R3与 SGLT 1和 GLUT 2的表达呈显著正相关 [16]。在实 际生产中 ,给反刍动物饲喂高淀粉饲粮无疑会使 过瘤胃淀粉比率增加 ,因而使得小肠单糖浓度升 高 ,猜测这一系列变化将活化肠道甜味化学感应 细胞 ,激活 T1R2/T1R3信号转导通路 ,并对在葡 萄糖感知 、吸收转运以及肠道激素分泌等方面发 挥重要作用 。对甜味受体的研究可以为提高淀粉 在小肠内的消化利用率提供新的思路 。因此 ,本 研究旨在探明成年黑山羊采食高 、低淀粉饲粮对 甜味受体 T1R2/T1R3及其信号通路元件基因表 达以及肠道激素浓度的影响 ,为反刍动物饲粮配 制及营养调控提供科学依据 。 1 材料与方法 1.1 试验设计 选用 20只体况良好 、体重 [(17. 50 ±2.67) kg ]相近的 (10.0±0.5)月龄雄性湘东黑山 羊作为试验动物 ,随机分为 2组 (每组 10只 ),分 别饲喂以玉米粉和玉米皮为主要能量饲料的高淀 粉饲粮 (50.4%,HS 组 )和低淀粉饲粮 (13.1%,LS 组 )。饲粮配方参照 NRC (2012)标准配制 ,精粗 比为 75∶25,饲粮组成及营养水平见表 1。试验动 物单笼饲养 ,每天 08:00和 18:00各饲喂 1次 ,自 由饮水 ,预试期 10 d ,正试期 38 d 。试验期间 ,每 天记录饲喂量和余料量 ,计算日采食量 (剩料 <5%),试验最后 1周全收集粪 、尿 ,用于计算营养 物质表观消化率 。本试验所涉及动物饲养管理与 屠宰流程符合中国科学院亚热带农业生态研究所 动物实验伦理委员会的动物伦理要求 。 1.2 营养成分测定 精料 、粗料和粪样中常规营养成分含量均参 照 AOAC (1990)[17]方法进行测定 。干物质含量 采用烘干法 (GB/T 6435—2014)测定 ;能量 (GE )采用氧弹式量热计方法 ( ISO/9831—1998),利用 等温式全自动量热仪 (Cskaide , 5E-AC8018)测 定 ;粗蛋白质 (CP )含量采用凯氏定氮法 (GB/T 6432—2018)测定 ;中性洗涤纤维 (NDF ,GB/T 20806—2006)和酸性洗涤纤维 (ADF , NY/T 1459—2007)含量采用范氏洗涤纤维法 ,利用自动 纤维分析仪 (Gerhardt , Fibretherm FT 12)测定 ;粗 灰分 (Ash )以及有机物 (OM )含量采用灼烧法 (GB/T 6438—1992)测定 ;纤维素含量参照李华 等 [18]的方法测定 ;粗脂肪 (CF )含量采用索氏抽提 法 (GB/T 6433—2006),利用全自动脂肪测定仪 (Gerhardt , SOX 402 Micro/SOX 416 Macro )测 定 ;淀粉含量参照 GB/T 5009.159—2003的酶水 解法测定 。为保证数据的可靠性 ,每个样品单个 营养成分含量测定均设定 2个平行 。营养物质表 观消化率计算公式如下 : 营养物质表观消化率 (%)=[(营养物质 摄入量 -粪中营养物质排出量 ) /营养 物质摄入量 ]×100。 表 1 饲粮组成及营养水平 (干物质基础 ) Table 1 Composition and nutrient levels of diets (DM basis ) % 原料 高淀粉组 HS group 低淀粉组 LS group 营养水平 Nutrient levels2) 高淀粉组 HS group 低淀粉组 LS group Ingredients 干物质 DM 88.5 花生藤 Peanut vine 25.0 25.0 87.4 玉米粉 Corn meal 55.0 有机物 OM 90.6 91.8 玉米皮 Corn gluten 55.0 粗蛋白质 CP 11.1 17.4 豆粕 Soybean meal 13.0 13.0 中性洗涤纤维 NDF 27.3 44.9 小麦麸 Wheat bran 3.0 3.0 酸性洗涤纤维 ADF 11.9 17.3 玉米油 Corn oil 0.5 0.5 粗灰分 Ash 9.33 8.05 碳酸钙 CaCO3 0.2 0.2 纤维素 Cellulose 15.4 27.6 磷酸氢钙 CaHPO4 0.8 0.8 半纤维素 HC 2.57 9.25 食盐 NaCl 0.5 0.5 淀粉 Starch 50.4 13.1 预混料 Premix1) 2.0 2.0 代谢能 ME/(MJ/kg) 10.70 7.76 合计 Total 100.0 100.0 1)每千克预混料含有 One kilogram of premix contained the following : VD 168 000 IU ,VA 840 000 IU ,VE 3 360 IU ,Cu 889 mg ,Fe 1 377 mg ,Mn 2 196 mg ,Zn 922 mg ,Se 55.6 mg ,Co 227 mg ,I 2 247 mg 。 2)代谢能为计算值 ,其余为实测值 。代谢能通过饲粮中概略养分含量计算得到 [17]。 ME was a calculated value , while the others were measured values. ME was calculated from the approximate nutrient content of the diet [17] . 1.3 样品采集 饲养试验结束 ,试验羊称重 、屠宰和采集样 品 。分别取十二指肠中段 、空肠前端 (0.5 m )和回 肠末端 (2~3 cm )处的组织样品 ,生理盐水冲洗 3~5次 ,4%多聚甲醛组织固定液固定 12~24 h ,苏 木精 -伊红 (HE )染色法用于形态学观察 ;各肠道 相同位置取 5~10 cm 组织样品 ,生理盐水冲洗 3~5次 ,液氮冻存 ,转移至 -80 ℃冰箱保存 ,用于提取 RNA 。收集十二指肠 、空肠和回肠内容物 20 g ,液 氮冻存 ,转移至 -80 ℃冰箱保存 ,用于测定肠道内 容物激素及葡萄糖浓度 。 1.4 肠道黏膜形态学检测 参考 Lesmeister 等 [19]的组织切片法 ,将肠道 固定样品经洗涤 、脱水 、透明 、浸蜡 、包埋 、染色和 封片等处理 ,用正置荧光显微镜 (Olympus ,BX51)观察肠道黏膜形态结构 。用图像采集处理 软件 (DP2⁃BSW )测量小肠绒毛高度 、绒毛宽度和 隐窝深度 ,每个切片读取 6次数值 。 1.5 肠道内容物激素浓度测定 参照酶联免疫吸附试验 (ELISA )试剂盒说明 书 (凡科维 ),用酶标仪 (Raytort-6100)测定肠道 内容物和肠道黏膜中的 GLP⁃1、GLP⁃2、胆囊收缩 素 (CCK )、GIP 和酪酪肽 (Pyy )的浓度 [20]。 1.6 肠道甜味受体基因表达量测定 将 -80 ℃组织样品解冻 ,用 Trizol ( Invitrogen ,美国 )试剂盒参照产品说明从样品中提取总 RNA [21]。用 DNase I (Thermo Scientific ,美国 )清 除 DNA 分子 ,使用 NanoDrop 2000 (Thermo Sci⁃entific ,美国 )测定 RNA 质量和浓度 ,并用凝胶电 泳检测所提取的 RNA 的完整性 。随后立即用 Pri⁃meScriptTM RT 试剂盒 (TaKaRa ,日本 )对符合质量 要求的 RNA 逆转录为 cDNA 。将制备的 cDNA 样 品进一步纯化 、定量并稀释至相同初始浓度 ,-20 ℃保存 。根据 GenBank 中发表的山羊基因序 列设计 ,使用 Primer premier 6.0软件进行目的基 因和内参基因 [甘油醛 -3-磷酸脱氢酶 (glyceralde⁃hyde⁃3⁃phosphate dehydrogenase ,GAPDH )]的引物 设计 ,并用 Primer BLAST 工具在线进行引物特异 性分析 。引物由生工生物工程 (上海 )股份有限公 司合成 ,引物序列及参数见表 2。 在 Lightcycler 480Ⅱ实时荧光定量 PCR (RT⁃PCR )系统 (Roche ,瑞士 )中进行 ,参照 TaKaRa 定 量试剂盒 (TB Green Premix Ex TaqTM Ⅱ, Tli RNaseH Plus )说明提供的体系和条件进行反应 。根据目的基因和内参基因的阈值循环 (Ct ),采用 2-△Ct 法计算样品中各目的基因表达量 。 Table 2 Primer sequences and parameters 基因 引物序列 产物大小 Genes Primer sequences (5′-3′) Produce size / bp Ⅰ型味觉受体2 T1R2 F:CAGGAGGACTACAGCCACTAC 107 R:GGAAGGAGGAAGAGGGAGAG Ⅰ型味觉受体3 T1R3 F:CTTCATCACCTGGGTCTCCTAC 144 R:CACAGCAGCAGGTAGCACTTAG 钠 /葡萄糖共转运载体1 SGLT1 F:TGAACATCAACGGCATCATT 104 R:ACTCCAGCCTCCACAAACAC 葡萄糖转运蛋白2 GLUT2 F:TGTTTCACTGGATGACGGAAT 100 R:AGCCCAAGAGACTGGTGTTG 瞬时受体电位离子通道蛋白M型5 TRPM5 F:CATGTTCAGCTACACGTTCCAG 132 R:AGGTGGCTAAGGAGGATGAATG α-味移导素α⁃gustducin F:GCAAATACCCTGGAAGATGG 185 R:TGTTCATTCGGGACATAGCC 甘油醛-3-磷酸脱氢酶GAPDH F:GGGTCATCATCTCTGCACCT 138 R:GGTCATAAGTCCCTCCACGA 1.7 数据统计 试验数据先经 Excel 2016进行汇总 ,再使用 SPSS 24进行数据统计分析 ,用 one⁃way ANOVA 程序进行方差分析 ,试验结果均以平均值 (mean )及均值标准误 (SEM )表示 ,设定 P <0.05为差异显 著 ,0.05≤P <0.15为有变化趋势 。 2 结 果 2.1 高 、低淀粉饲粮对山羊营养物质摄入量和营 养物质表观消化率的影响 由表 3可知 ,在营养物质摄入量方面 ,虽然 2组山羊 DM 、OM 和 GE 摄入量无显著差异 (P >0.05),但是 HS 组山羊摄入的 CP 、NDF 和 ADF 均 较 LS 组显著降低 (P <0.05),而淀粉的摄入量显 著提高 (P <0.05);在表观消化率方面 ,与 LS 组 比 ,HS 组中淀粉 、DM 和 OM 的表观消化率均显著 提高 (P <0.05),但 NDF 、ADF 和 CP 的表观消化率 均显著下降 (P <0.05)。 2.2 高 、低淀粉饲粮对山羊小肠黏膜结构的影响 由表 4可知 ,HS 组十二指肠绒毛高度 (P =0.072)和隐窝深度 (P =0.084)低于 LS 组 ,但绒毛 高度 /隐窝深度 (V/C )在 2组间没有显著差异 (P >0.05);空肠和回肠的绒毛高度 、隐窝深度及 V/C 均无显著差异 (P >0.05)。 由图 1可知 ,各营养物质表观消化率对十二 指肠和空肠黏膜结构的影响程度大于回肠 ,且淀 粉表观消化率与空肠的绒毛高度 ( r =-0.27, P <0.01)和隐窝深度 ( r =-0.29, P =0.02)呈显著负 相关 ,而空肠绒毛高度和隐窝深度与 CP 、ADF 和 NDF 表观消化率呈显著正相关性 ,绒毛高度与 CP 、ADF 和 NDF 表观消化率正相关系数分别为 0.34、0.28和 0.27(P <0.01、P <0.01和 P <0.01),隐 窝深度与 CP 、ADF 和 NDF 表观消化率的相关系 数分别为 0.30、0.25和 0.22(P <0.05、P =0.22和 P =0.36)。 2.3 高 、低淀粉饲粮对山羊回肠黏膜和内容物中 激素浓度的影响 由表 5可知 ,回肠黏膜中 CKK 、GLP⁃1、GLP⁃2、Pyy 和 GIP 浓度在 2组间无显著差异 (P >0.05);HS 组回肠内容物 GLP⁃1浓度显著高于 LS 组 (P <0.05),但 2组间 Pyy 、GIP 、CCK 和 GLP⁃2浓度无显著差异 (P >0.05)。 由图 2可知 ,回肠黏膜中各激素浓度的相关 性强且具有协同效应 (聚类分析 ),其中 Pyy 浓度 与 GLP⁃2、GLP⁃1浓度的相关系数分别为 0.82(P <0.01)和 0.73(P <0.01),而 GLP⁃1与 GLP⁃2浓度 间的相关系数为 0.60(P <0.01)。从营养学角度分 析 ,回肠黏膜中 CCK ( r =0.27,P <0.01)、GLP⁃2( r =0.20,P =0.08)和 Pyy ( r =0.22,P <0.05)浓度 与淀粉摄入量呈正相关 ,而 GLP⁃1( r =-0.01,P = 0.49)和 GIP ( r =-0.11,P =0.14)浓度则与淀粉摄 入量呈负相关性 ;同时 ,表中肠道激素浓度与 CP 、 NDF 和 ADF 摄入量的相关性与淀粉摄入量的相 关性相反 (图 2)。 表 3 高 、低淀粉饲粮对山羊营养物质摄入量和表观消化率的影响 Table 3 Effects of high and low starch diets on intake and apparent digestibility of nutrients in goats 项目 低淀粉组 高淀粉组 SEM P值 Items LS group HS group P⁃value 摄入量 Intake /(g/d) 干物质 DM 512 521 10.80 0.550 有机物 OM 478 473 9.60 0.270 粗蛋白质 CP 90 63 1.90 <0.001 中性洗涤纤维 NDF 230 116 4.70 <0.001 酸性洗涤纤维 ADF 88 62 1.80 <0.001 淀粉 Starch 63 201 1.60 <0.001 总能 GE/(MJ/kg) 7.4 7.5 0.15 0.520 表观消化率 Apparent digestibility/% 干物质 DM 72.0 77.6 0.71 <0.001 有机物 OM 73.0 79.3 0.69 <0.001 粗蛋白质 CP 78.7 67.5 1.35 <0.001 中性洗涤纤维 NDF 70.1 58.4 1.69 0.003 酸性洗涤纤维 ADF 63.8 47.3 1.14 <0.001 淀粉 Starch 83.5 95.8 0.33 <0.001 表 4 高 、低淀粉饲粮对山羊小肠肠道黏膜结构的影响 Table 4 Effects of high starch and low starch diets on intestinal mucosal structure in goats 项目 低淀粉组 高淀粉组 SEM P值 Items LS group HS group P⁃value 绒毛高度 Villus height/μm 510 388 35.70 0.072 十二指肠 Duodenum 隐窝深度 Crypt depth/μm 462 357 30.40 0.084 绒毛高度 /隐窝深度 V/C 1.13 1.25 0.48 0.227 空肠 绒毛高度 Villus height/μm 419 342 29.70 0.205 Jejunum 隐窝深度 Crypt depth/μm 320 329 12.90 0.720 绒毛高度 /隐窝深度 V/C 1.10 1.04 0.48 0.410 回肠 绒毛高度 Villus height/μm 325 305 19.29 0.598 Ileum 隐窝深度 Crypt depth/μm 256 229 11.19 0.226 绒毛高度 /隐窝深度 V/C 1.43 1.32 0.93 0.585 2.4 高 、低淀粉饲粮对山羊甜味受体以及关键 通路元件基因表达量的影响 由表 6可知 ,除 HS 组空肠中 α ⁃gustducin 的基 因表达量显著低于 LS 组 (P <0.05)之外 ,其余甜 味受体通路元件包括 T 1R 3、α ⁃gustducin 、TRPM 5、GLUT 2和 SGLT 1基因在十二指肠 、空肠和回肠的 表达量在 2组间均无显著差异 (P >0.05)。 由图 3可知 ,空肠中 T 1R 3、TRPM 5、SGLT 1和 GLUT 2基因表达量与淀粉摄入量存在一定的正相 关性 ,空肠 α ⁃gustducin 基因表达量与淀粉表观消 化率间则存在一定的负相关 ( r =-0.21,P =0.08)。与淀粉表观消化率相比 ,空肠 T 1R 3、TRPM 5基因 表达量与 CP 、ADF 和 NDF 表观消化率的相关系 数更低 ( r <0.05, P >0.05),而 GLUT 2和 SGLT 1基 因表达量与 CP 、ADF 和 NDF 表观消化率间则呈 负相关 (-0.10< r <-0.05, P >0.05)。回肠 T 1R 3( r =-0.10, P <0.01)和 α ⁃gustducin ( r =-0.34, P <0.01)的基因表达量与淀粉表观消化率呈显著负 相关 ,回肠 T 1R 3基因表达量与 CP 、ADF 和 NDF 的表观消化率呈显著正相关 (0.02< r <0.03, P <0.01)。肠道内容物葡萄糖浓度与回肠 α ⁃gustdu⁃cin 、GLUT 2、TRPM 5和 SGLT 1的基因表达量呈显 著正相关 ( r <0.30,P <0.05),与空肠 GLUT 2基因 表达量呈显著正相关 ( r =0.21, P <0.05)。此外 ,肠道内容物葡萄糖浓度与空肠内甜味受体关键元 件 T 1R 3与 SGLT 1基因表达量相关系数为 0.93(P <0.01),与空肠 TRPM 5基因表达量的相关系数 为 0.66(P <0.01),与空肠 GLUT 2基因表达量的相 关系数为 0.48(P <0.01)。 NDF AD :中性洗涤纤维表观消化率 ;ADF AD :酸性 洗涤纤维表观消化率 ;CP AD :粗蛋白质表观消化率 ;Starch AD :淀粉表观消化率 ;DMI :干物质采食量 dry mat⁃ter intake ;VH duodenum :十二指肠的绒毛高度 ;CD duode⁃num :十二指肠的隐窝深度 ;V/C duodenum :十二指肠的绒 毛高度 /隐窝深度 ;VH Jejunum :空肠的绒毛高度 ;CD Je⁃junum :空肠的隐窝深度 ;V/C Jejunum :空肠的绒毛高度 /隐窝深度 ;VH ileum :回肠的绒毛高度 ;CD ileum :回肠的 隐窝深度 ;V/C ileum :回肠的绒毛高度 /隐窝深度 ; JGlu⁃cose⁃conc :空肠内容物葡萄糖浓度 ;IGlucose⁃conc :回肠内 容物葡萄糖浓度 。下图同 the same as below 。 图 1 山羊营养物质表观消化率 、回肠 内容物葡萄糖浓度与小肠黏膜结构的 相关性分析 Fig.1 Correlation analysis between nutrient apparent digestibility and glucose concentration of ileal chyme with intestinal mucosal structure of small intestine in goats 2.5 高 、低淀粉饲粮对山羊小肠内容物葡萄糖 浓度的影响 由表 7可知 ,HS 组空肠和回肠内容物中葡萄 糖浓度均显著高于 LS 组 (P <0.05)。 2.6 回肠甜味受体通路元件与回肠黏膜激素 浓度和葡萄糖浓度的关联分析 由图 4可知 ,回肠 T 1R 3基因表达量与回肠黏 膜中 CCK 浓度的相关系数为 -0.36(P <0.01)。回 肠内容物葡萄糖浓度跟肠道黏膜 GLP⁃1浓度的相 关系数为 0.48(P <0.01),与 GIP 浓度的相关系数 为 0.45(P <0.01),与 Pyy 浓度的相关系数为 0.45(P <0.01)。回肠 SGLT 1和 α ⁃gustducin 基因表达 量与肠道内容物葡萄糖浓度的相关系数分别为 0.28(P <0.05)和 0.26(P <0.05)。 3 讨 论 反刍动物对甜味和鲜味存在一定偏好 ,研究 发现饲粮中水溶性碳水化合物含量升高可促进动 物采食 。淀粉在反刍动物小肠内消化的终产物为 葡萄糖 ,而甜味受体 T1R2/T1R3通过其介导的信 号转导通路实现对葡萄糖的感应 ,但是摄入高淀 粉饲粮对甜味受体 T1R2/T1R3介导的信号通路 (α ⁃gustducin 、 TRPM 5)以及葡萄糖转运载体 (SGLT 1、GLUT 2)基因表达的影响尚未见报道 。 小肠黏膜结构易受饲粮结构的影响 ,研究证 实各类营养物质如蛋白质 、淀粉或脂肪 ,能促进小 肠发育 [22-24]。 Žitñan 等 [25]报道称 ,高精料饲粮可 影响十二指肠 、空肠的肠绒毛高度以及十二指肠 隐窝深度 ,但王艳红 [26]指出饲粮淀粉水平并不影 响除空肠绒毛高度以外的小肠形态 。本试验中 ,高淀粉饲粮使山羊十二指肠和空肠绒毛高度分别 下降了 23.92%和 18.38%,使十二指肠隐窝深度下 降了 22.73%。而高淀粉饲粮对回肠黏膜结构无 显著影响 ,这与王艳红 [26]报道一致 。本研究中 ,饲 粮淀粉表观消化率与肠道黏膜结构间呈弱相关 性 ,可能是本试验中采用 10月龄的育肥山羊为试 验动物 ,其肠道发育趋于成熟 ,受饲粮的影响较 小 ,这可能与瘤胃微生物降解淀粉生成的挥发性 脂肪酸有关 (挥发性脂肪酸能改善肠道屏障功能 ,保护上皮完整性 )[27-28]。 表 5 高 、低淀粉饲粮对山羊回肠黏膜和内容物中激素浓度的影响 Table 5 Effects of high and low starch diets on gastrointestinal hormone concentrations in ileal mucosa and chyme in goats 项目 低淀粉组 LS group 高淀粉组 HS group SEM P值 P⁃value Items 胆囊收缩素 CCK/(ng/mg) 2.38 2.62 0.116 0.288 回肠黏膜 胰高血糖素样肽-1 GLP⁃1/(ng/mg) 2.81 2.87 0.135 0.820 胰高血糖素样肽-2 GLP⁃2/(ng/mg) 3.17 3.50 0.150 0.273 Ileal mucosa 酪酪肽 Pyy/(pg/mg) 305.90 303.80 16.522 0.956 胃泌素抑制肽 GIP/(pg/mg) 1 733.19 1 828.40 102.740 0.906 胆囊收缩素 CCK/(ng/mg) 1.75 1.70 0.576 0.657 胰高血糖素样肽-1 GLP⁃1/(ng/mg) 1.22 1.66 0.112 0.047 Ileal chyme 胰高血糖素样肽-2 GLP⁃2/(ng/mg) 1.93 1.98 0.110 0.825 酪酪肽 Pyy/(pg/mg) 163.60 186.40 9.650 0.270 胃泌素抑制肽 GIP/(pg/mg) 936.90 826.40 71.690 0.460 ADF intake :酸性洗涤纤维摄入量 ;NDF intake :中性 洗涤纤维摄入量 ;CP intake :粗蛋白质摄入量 ;Starch in⁃take :淀粉摄入量 ;GIP :胃泌素抑制肽 gastricinhibitory pol⁃ypeptide ;GLP⁃1:胰高血糖素样肽 -1 glucagon⁃like peptide⁃1;GLP⁃2:胰高血糖素样肽 -2 glucagon⁃like peptide⁃2;CCK :胆囊收缩素 cholecystokinin ;Pyy :酪酪肽 peptidetyrosine⁃tyrosine 。下图同 the same as below 。 图 2 山羊营养物质摄入量与回肠黏膜中 激素浓度的相关性分析 Fig.2 Correlation analysis of nutrient intake and gastrointestinal hormone concentrations of ileal mucosa in goats 甜味受体 T1R2/T1R3具有肠道甜味感受及 调节葡萄糖动态平衡的作用 ,肠腔内甜味物质被 肠上皮细胞顶端的甜味受体感知 ,促使肠道激素 的释放 。本试验中 HS 组回肠黏膜和肠道内容物 中的 GLP⁃1和 GLP⁃2浓度都略高于 LS 组 ,但二者 间无显著差异 。其原因可能是 GLP⁃1分泌后被快 速水解或与受体 (GLP⁃1R )结合而发生自身磷酸 化反应 ,导致了肠黏膜组织内 GLP⁃1浓度差异不 显著 。 GLP⁃1、GLP⁃2等肠道激素的分泌受肠腔内 单糖浓度的影响 ,肠道激素浓度跟淀粉摄入量呈 正相关性 (与 CP 、ADF 和 NDF 摄入量呈负相关 性 ),但相关系数不高 ,这也在一定程度说明了淀 粉摄入量是影响肠道激素浓度的重要因素 。另 外 ,因屠宰时需要采取饥饿处理 ,故本试验中测定 的肠道激素浓度仅代表在低营养状态下的特征 值 ,这有可能是本研究肠道激素浓度差异不显著 以及相关性系数不高的一个原因 。 山羊肠道中广泛表达甜味受体 T 1R 2/T 1R 3,但随着日龄的增长而表达量下降 [16],而且随着瘤 胃功能逐渐发育完善 ,瘤胃微生物对淀粉起主导 消化作用 。此外 ,饲粮能量水平也会影响 T 1R 2 /T 1R 3基因表达 。高糖摄入增加血糖浓度 ,使甜味 受体介导的 GLP⁃1等降血糖素的分泌增加 ,引起 T 1R 2/T 1R 3基因的表达量降低 [29]。本研究中甜 味受体和通路元件的基因表达量之间呈上调或下 调的协同变化趋势 ,免疫荧光共定位试验证明甜 味受体蛋白及下游信号蛋白 α ⁃gustducin 、TRPM 5之间存在共表达关系 [30]。综合分析 ,回肠和空肠 各特征值间的相关性结果显示 ,淀粉是甜味信号 通路相关元件和葡萄糖转运载体基因表达的主要 影响因素 。在肠道中 ,甜味受体 、肠道激素 、葡萄 糖转运载体及肠道内葡萄糖浓度间组成一个动态 稳衡网络 ,本试验中 HS 组甜味受体介导信号通路 元件的基因表达量无显著变化 ,原因可能是机体 为了维持糖代谢 ,通过降低关键元件的基因表达 而减少糖的摄入 ,但这个猜测需进一步验证 。 表 6 高 、低淀粉饲粮对山羊甜味受体以及通路关键元件基因表达量的影响 Table 6 Effects of high and low starch diets on gene expressions of sweet tastereceptors and key elements of its signaling pathway in goats 项目 Items 低淀粉组 LS group 高淀粉组 HS group SEM P值 P⁃value Ⅰ型味觉受体3 T1R3 0.001 35 0.001 60 0.000 103 0.259 十二指肠 α-味移导素α⁃gustducin 0.020 7 0.018 6 0.019 0 0.598 瞬时受体电位离子通道蛋白M型5 TRPM5 0.004 38 0.004 21 0.000 91 0.530 Duodenum 钠 /葡萄糖共转运载体1 SGLT1 0.116 0.125 0.011 0.380 葡萄糖转运蛋白2 GLUT2 0.000 970 0.000 683 0.000 022 0.420 Ⅰ型味觉受体3 T1R3 3.36 2.42 2.75 0.483 α-味移导素 α⁃gustducin 0.150 0.081 0.015 0.017 空肠 瞬时受体电位离子通道蛋白M型5 TRPM5 0.639 0.509 0.309 0.419 Jejunum 葡萄糖转运蛋白2 GLUT2 80.3 62.8 9.1 0.356 钠 /葡萄糖共转运载体1 SGLT1 12.5 9.26 1.78 0.383 Ⅰ型味觉受体3 T1R3 0.005 61 0.004 11 0.000 64 0.260 回肠 α-味移导素 α⁃gustducin 0.329 0.121 0.066 0.151 Ileum 葡萄糖转运蛋白2 GLUT2 237 486 93 0.194 钠 /葡萄糖共转运载体1 SGLT1 0.547 0.213 0.092 0.066 NDF AD :酸性洗涤纤维表观消化率 ;ADF AD :中性洗涤纤维表观消化率 ;CP AD :粗蛋白质表观消化率 ;Starch AD :淀粉表观消化率 ;GLUT 2:葡萄糖转运蛋白 2 glucose transporters 2;TRPM 5:瞬时受体电位离子通道蛋白 M 型 5 transient re⁃ceptor potential cation channel subfamily M member 5;T 1R 3:Ⅰ型味觉受体 3 taste receptor type 1 member 3;SGLT 1:钠 /葡萄糖 共转运载体 1 sodium⁃glucose linked transporter 1;α ⁃gustducin :α -味移导素 。下图同 the same as below 。 图 3 空肠 (左 )、回肠 (右 )的甜味受体及通路关键元件基因表达量与营养物质表观消化率的相关性分析 Fig.3 Correlation analysis between gene expressions of sweet tastereceptors and its key elements of its signaling pathway with nutrient apparent digestibility in jejunum ( left ) and ileum ( right ) 表 7 高 、低淀粉饲粮对山羊小肠内容物葡萄糖浓度的影响 Table 7 Effects of high and low starch diets on glucose concentration in small intestinal chyme in goats mg/L 项目 低淀粉组 高淀粉组 HS group SEM P值 P⁃value Items LS group 空肠Jejunum 126.0 132.0 0.001 182 0.004 回肠Ileum 43.2 45.5 0.000 489 0.013 Crypt depth :隐窝深度 ;Villus height :绒毛高度 ;V/C :绒毛高度 /隐窝深度 villus height/ crypt depth 。 图 4 营养物质摄入量 、表观消化率 、回肠黏膜激素浓度和回肠甜味受体通路元件 基因表达量间的相关性分析 Fig.4 Correlation analysis of intake and apparent digestibility of nutrients , gastrointestinal hormone concentrations ,and gene expressions of key elements of ileal sweet tastereceptor signaling pathway 山羊十二指肠和空肠是甜味受体表达的主要 部位 [17]。本试验中空肠甜味受体 T 1R 2 / T 1R 3通 路元件基因表达量高于回肠和十二指肠 ,空肠内 容物葡萄糖的浓度也高于回肠 ,说明空肠可能是 糖类消化吸收的主要场所 。肠中单糖 、寡糖或其 类似物均可直接调控肠黏膜中 SGLT 1的基因表 达 [31],但本试验中不同水平淀粉饲粮对肠道中 SGLT 1、GLUT 2的基因表达量无显著影响 ,但空肠 中 SGLT 1、GLUT 2基因表达量与空肠内容物中葡 萄糖浓度呈正相关 。而回肠中则表现出相反的结 果 ,可能是空肠作为短链碳水化合物消化吸收的 主要场所 ,导致进入回肠内葡萄糖浓度低 。本试 验结果显示 ,T 1R 3、SGLT 1和 GLUT 2在肠道内的 基因表达具有协同关系 ,甜味受体的基因表达量 与 SGLT 1、GLUT 2基因表达量之间呈正相关 [16]。针对幼龄羔羊 ,因瘤胃功能尚未发育成熟 ,进入小 肠的葡萄糖浓度增加 ,直接刺激羔羊肠腔中葡萄 糖转运载体基因 mRNA 的表达 ,进而增加羔羊小 肠葡萄糖转运载体 SGLT ⁃1和 GLUT ⁃2的表达 量 [32],而成年绵羊肠腔葡萄糖浓度低 ,肠道上皮细 胞绒毛顶端的 SGLT 1的表达量就相对较低 ,但经 30 mmol/L 的葡萄糖 (≈5 g/L )灌注后 ,SGLT 1表 达量在短时间内即可恢复并使葡萄糖转运能力提 高 [33],与本试验 HS 组回肠以及空肠 SGLT 1基因 表达量上调相一致 。本试验肠道内容物葡萄糖浓 度 (0.13 g/L )可能是因为采样时间点无法与肠道 消化时间点吻合 ,所测定的肠道内容物葡萄糖浓 度低 。十二指肠中 SGLT 1、GLUT 2基因表达量无 显著差异可能是因为流通速度过快 ,也可能是因 为采样时间点无法与胃排空时间点吻合 。文献报 道称 ,T 1R 2/T 1R 3表达量与 SGLT 1和 GLUT 2的表 达量是显著相关 [16],这与本研究中肠道基因表达 量的结果是基本一致的 。高淀粉饲粮对甜味受体 表达的影响可能是进入肠腔内的葡萄糖被甜味受 体感应 ,通过甜味受体的信号传导通路来活化细 胞 ,促使肠道激素的分泌 ,提高 SGLT 1基因表 达 [7],这也是为何前期研究中显示在饲粮中添加 人工甜味剂能提高 SGLT 1的表达 [7]。另外 ,甜味 受体作为葡萄糖的感受器而调控葡萄糖平衡 ,高 葡萄糖浓度逆向下调甜味受体基因表达 ,机体可 能通过感受肠腔的葡萄糖浓度来上调或下调甜味 受体基因表达 ,调控肠道激素如 GLP⁃1、GLP⁃2和 GIP 等的分泌 ,进而影响 SGLT 1和 GLUT 2的 表达 [6]。 4 结 论 本试验条件下 ,高淀粉饲粮对成年山羊肠道 甜味受体 T1R2/T1R3及其关键通路元件 TRPM 5、葡萄糖转运载体 (SGLT 1、GLUT 2)的基因表达量 以及回肠激素浓度均无显著影响 ,但显著降低空 肠 α ⁃gustducin 基因表达量 ;关联性分析显示 ,饲粮 淀粉摄入量与肠道甜味受体 、相关通路元件以及 转运载体基因表达量呈正相关 ,而 CP 、ADF 和 DNF 摄入量与其呈负相关 。综上所述 ,淀粉是甜 味信号通路元件以及葡萄糖转运载体的主要影响 因素 ,但高淀粉饲粮对发育成熟的山羊肠道黏膜 结构及功能影响较小 。 参考文献 : [ 1] HUNTINGTON G B.Starch utilization by ruminants :from basics to the bunk [ J ] . 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Key Laboratory of Agro⁃Ecological Processesin Subtropical Region , Hunan Provincial Engineering Research Center for Healthy Livestock and Poultry Production , National Engineering Laboratory for Pollution Control and Waste Utilization in Livestock and Poultry Production , Institute of Subtropical Agriculture , Chinese Academy of Sciences , Changsha 410125, China ; 2. College of Advance Agricultural Sciences , University of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049, China ; 3. Department of Animal Science , Guanxi University , Nanning 530004, China ) Abstract : This experiment was to explore the impact of high and low starch intake on the small intestinal mu⁃cosal structure , gastrointestinal (GI ) hormone concentrations , sweet taste receptors (STR ) and the key ele⁃ments of STR signaling pathway in goats. Twenty mature male Liuyang black goats were randomly allocated to 2 groups and 10 goats per group. HS group fed a high starch content (50.4%),and the LS group fed a low starch content (13.1%) . The experiment lasted for 38 d. The results showed as follows : 1) compared with LS group ,the crypt depth of jejunum and ileum in HS group increased (P >0.05), and the villus height of duode⁃num and jejunum decreased (P >0.05); the concentrations of cholecystokinin (CCK ) (P >0.05), glucagon like peptide⁃2 (GLP⁃2) (P >0.05) in ileal mucosa , and glucagon like peptide⁃1 (GLP⁃1) (P <0.05) and pep⁃tide YY (Pyy ) (P >0.05) in ileal chyme increased , but gastrin inhibitory peptide (GIP ) in ileal mucosa and chyme decreased (P >0.05) . 2) There was no significant difference in the gene expression of 3 type Ⅰ taste receptors (T 1R 3), α ⁃gustducin ,transient receptor potential ion channel protein M type 5 (TRPM 5), glucose transporter 2 (GLUT 2) and sodium/glucose co⁃transporter 1 (SGLT 1) in duodenum , jejunum and ileum (P >0.05) . In jejunum , gene expression of α ⁃gustducin in LS group was significantly higher than that in HS group (P <0.05) . 3) Correlation analysis showed that ileal glucose concentration was positively correlated with gene expressions of α ⁃gustducin , TRPM 5 and SGLT 1 of ileal (0.05<r <0.30, P <0.05) . In addition ,the gene ex⁃pression of T 1R 3 in jejunum was high related (P <0.01) to that of SGLT 1, TRPM 5 and GLUT 2 in jejunum with the correlation efficiency as 0.93(P <0.01), 0.66 (P <0.01) and 0.48 (P <0.01), respectively. In con⁃clusion ,compared with the crude protein and fiber in diets ,starch is the major factor on the gene expressions of sweet taste receptors and glucose transporters , but with a little effect on the intestinal mucosal structure.[Chinese Journal of Animal Nutrition , 2021, 33(4):2278⁃2289] Key words :starch diets ;sweet tastereceptor ;intestinal hormone ; gene expressions
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