2024年5月9日发(作者:黎澄)
动物营养学报2010,22(6):1724.1729
Chinese Journal ot'Animal Nutrition
酮戊二酸对脂多糖应激仔猪血浆胰岛素、
氨基酸含量及腓肠肌mTOR信号传导途径的影响
一
王 蕾 侯永清卜 丁斌鹰 刘 坚 李永塘 吴 信 刘玉兰 朱惠玲
(1.武汉工业学院,动物营养与饲料科学湖北省重点试验室,武汉430023;2.中国科学院亚热带农业生态研究所,
动物营养代谢过程与生理调控试验室,长沙410125)
摘 要:本试验研究了a一酮戊二酸(a—ketoglutarate,AKG)对脂多糖(1ipopolysaccharide,LPS)应激仔猪血浆胰
岛素、氨基酸浓度及腓肠肌mT0R、p70S6K表达及磷酸化水平的影响。选用18头健康的(24±1)日龄断奶仔猪,
随机分成3个处理(对照组、LPS组、AKG—LPS组),每个处理6个重复。各组基础饲粮一致,对照组和LPS组饲喂
基础饲粮,AKG-LPS组饲喂基础饲粮+1%AKG。试验期为16 d,于第1O、12、l4和16天清晨,LPS组和AKG—
LPS组仔猪分别腹膜注射80 ̄g/kg的LPS。第16天注射LPS 3 h后,前腔静脉采血。第17天屠宰取腓肠肌待测。
LPS应激可提高仔猪血浆谷氨酸(glutamic acid,Glu)浓度(P<O。10),降低血浆胰岛素水平及腓肠肌P-mTOR/T.
mTOR和P p70S6K/T.p70S6K的值(P<O.05);饲粮中添加1%AKG可缓解应激仔猪血浆Glu浓度升高(P<
0.05)、胰岛素水平(P<0.10)及腓肠肌P—mTOR/T.mT0R和P.p70S6K/T.p70S6K的值降低(P<0.05)。由此可
见,1%AKG可缓解LPS应激造成的血浆胰岛素降低和Glu浓度的升高,显著改善LPS应激导致的腓肠肌mTOR
和p70S6K磷酸化水平的降低。
关键词:a~酮戊二酸;LPS应激;仔猪;腓肠肌;胰岛素;氨基酸;mTOR信号传导
中图分类号:¥828 文献标识码:A 文章编号:1006—267X(2010)06.1724.06
(phOsphatldyl1nosltol 3一kinase related kinase,
当仔猪在遭受感染、创伤等应激时,常常处于免
疫应激状态。免疫应激会导致分解代谢加强,积极
的外源性营养支持不仅可改善机体的营养状况,还
能保护和维持主要脏器的结构和功能,增强免疫机
能。胡泉舟 发现,饲粮中添加a一酮戊二酸(a—
PI3K)蛋白质家族成员,是细胞生长的中心调控因
子,核糖体40S小亚基蛋白S6的激酶(ribosomal
protein S6 kinases,p70S6K)是mTOR的直接底
物,并且是调控蛋白质合成的关键信号分子_4]。因
ketoglutarate,AKG)能有效减轻断奶应激,促进仔
猪生长,以1%的剂量作用效果最为突出。已有研
究结果表明,饲粮中添加1%AKG能显著缓解LPS
应激对断奶仔猪生长的负影响_2]。在特定的生理条
件下,骨骼肌中的谷氨酰胺(glutaminate,Gin)的浓
此mTOR—p7Os6K信号途径可能在AKG促进仔
猪生长中起重要的调控作用,而目前对这方面的研
究报道很少。本试验以仔猪为对象,重点研究脂多
糖(1ipopolysaccharide,LPS)应激下,AKG对仔猪
血液指标及腓肠肌mTOR和p70S6K表达及磷酸
化水平的变化,为深人探讨AKG的促生长机理提
度降低,骨骼肌释放Gin的效率下降,会导致血浆
中Gin浓度的降低。有研究表明,AKG作为谷氨
酸(glutamic acid,Glu)和Gin的前体物质能够提高
人肌肉内游离Gin的水平,在应激状态下,可以提
高肌肉蛋白质的合成 ]。钠巴霉素的哺乳动物靶子
(mammal target of rapamycin,mTOR)是一高度
供该学术依据。
1材料与方法
1.1试验材料
AKG:市售医药级产品,纯度≥99.0%;LPS:
Sigma公司,大肠杆菌血清型055:B5。 保守的蛋白,属于磷脂酰肌醇3一激酶相关激酶
收稿13期:2010—05—04
基金项目:国家自然科学基金项目(30871801);湖北省自然科学基金计划创新群体项目(2007ABC009);湖北省高等学校优秀中青年团队计划
项目(T200810);武汉市学术带头人计划项目(20095183O554)
作者简介:王蕾(1983--),女,湖北天门人,硕士,主要从事生理活性物质与营养代谢调控研究。E—mail:wanglei—wh@yahoo.com.cn
*通讯作者:侯永清,教授,博士,E-mail:houyq777@yahoo.com.cn
6期 王 蕾等: 一酮戊二酸对脂多糖应激仔猪血浆胰岛素、氨基酸含量及腓肠肌mTOR信号传导途径的影响 1725
1.2试验动物与设计
选用18头健康的(24±1)日龄断奶仔猪(杜×
长×大),体重(7.25±0.23)kg,随机分成3个处理
(对照组、LPS组、AKG。LPS组),每个处理6个重
复,每个重复1头猪。各组基础饲粮一致,对照组和
LPS组饲喂基础饲粮,AKG.LPS组饲喂基础饲
粮+1%AKG。试验期为16 d,于第1O、12、14和16
天清晨,禁食状态下,LPS组和AKG—LPS组仔猪分
别腹膜注射80/ ̄g/kg的LPS,对照组注射等体积的
灭菌生理盐水 。
1.3试验饲粮与饲养管理
基础饲粮配制参照NRC(1998)猪的营养需要
(10 ̄20 kg),基础饲粮的组成及营养水平见表1。
试验期间猪舍保持温度为22~25℃。试验猪在代
谢笼中饲养,自由采食,乳头式饮水器饮水,定时清
扫和消毒猪舍。
1.4血浆样品采集
于试验第16天在仔猪禁食状态下.注射LPS
或生理盐水3 h后,用肝素抗凝真空管从仔猪前腔
静脉采血7 mL,3 500 r/rain离心15 min,分离血
浆,分装后一2O℃保存待测。
1.5肌肉样品采集
第17天屠宰取腓肠肌2 g左右,置于5 mL冻
存管中,液氮速冻,一80℃保存。
1.6血液指标测定
血浆中的氨基酸用高效液相色谱仪(Waters,
美国)测定,测定方法参照wu等 ]。血浆中胰岛素
浓度采用GC一911一y一放射免疫仪测定,试剂盒
购自北京华英生物技术研究所。
1.7肌肉组织中mTOR、p70S6K表达及磷酸化水平
测定
采用Western blot分析方法。取约2 g肌肉组
织样品在液氮低温条件下用研钵磨碎,溶解在7倍
体积的蛋白裂解液中,匀浆后10 000×g 4℃离心
10 rain获得总蛋白。以相同总蛋白质量作变性蛋
白质的十二烷基磺酸钠一聚丙烯酰胺凝胶(SDS—
PAGE)电泳后转至PVDF膜上进行抗原抗体反
应,4℃过夜。一抗为总mT0R(T.mTOR)抗体、磷
酸化mTOR(P—mTOR)抗体、总p70S6K(T.
p70S6K)抗体、磷酸化p70S6K(P.pTOS6K)抗体,均
购于Cell Signaling Technology公司。洗膜后二抗
室温下孵育1 h。洗膜后用ECL试剂(Pierce公司)
荧光显色,于Alpha Innotech成像系统中检测及分
析条带强度。mTOR磷酸化水平以P—mTOR和T—
mTOR条带的强度比值来表示,p70S6K磷酸化水
平以P—p70S6K和T-p70S6K条带的强度比值来表
示。比值高说明磷酸化程度高、活性强。
表1 基础饲粮组成及营养水平l风干基础)
Table 1 Composition and nutrient levels of
basal diet(air-dry basis) %
原料Ingredients 含量Content
玉米Corn
61.88
大豆粕Soybean mea1
21.98
次粉Wheat—middlings
4.0O
鱼粉Fish meal
3.OO
乳清粉Whey power
3.OO
大豆浓缩蛋白Soy protein concentrate
1.50
磷酸氢钙CaHP0
1.25
预混料Premix
1.OO
石粉Limestone
O.69
大豆油Soybean oil
0.5O
酸化剂Acidifier
0.3O
食盐NaC1
0.30
L一赖氨酸盐酸盐L—Lys・HCI
O.25
氯化胆碱Choline chloride
O.20
防霉剂Antimildew agent
O.10
DL蛋氨酸DL—Methionine
0.05
合计Total
1OO.OO
营养水平Nutrient levels
消化能DE/(MJ/kg)
14.22
粗蛋白CP
20.90
赖氨酸Lys
1.15
蛋氨酸Met
0.30
蛋胱氨酸Met+Cys
O.65
苏氨酸Thr
0.74
色氨酸Trp
0.21
钙Ca
O.70
磷P
0.6O
有效磷AP
O.32
食盐NaCl
O.38
预混料为每千克饲粮提供Premix provides following
per kg of diet:Fe(as ferrous of sulfate)100 mg,Cu(as
copper sulfate)150 mg,Mn(as manganese sulfate)40 mg,
Zn(as zinc sulfate)100 mg,1 0.5 mg,Se(as sodium sele—
nite)0.3 mg,VA 10 800 IU,VD3 4 000 IU,VE 40 IU,VK3
4 mg,硫胺素VB1 6 mg,核黄素VB2 12 mg,吡哆醇VB6
6 mg,氰钴胺素VB z 0.05 mg,生物素biotin 0.2 mg,叶酸
folic acid 2 mg,烟酸niacin 50 mg,D一泛酸钙D—calcium
pantOthenate 25 mg。
1726 动物营养学报 22卷
1.7数据分析
素降低了25.67%(P<0.05)、谷氨酸升高了
12.63%(P<0.10);与LPS组相比,AKG.LPS组
血浆中胰岛素升高了18.57%(P<O.10)、谷氨酸降
低了22.77%(P<O.05);血浆瓜氨酸、鸟氨酸、精氨
酸、天冬氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、赖氨酸和丙氨酸各
采用SPSS 13.0统计软件进行单因素方差分析
和Duncan氏法多重比较,P<0.05表示差异显著,
P<0.10表示具有显著性趋势。
2 结 果
2.1 AKG对LPS应激仔猪血浆中胰岛素和氨基酸
水平的影响
组差异不显著(P>0.05)。这说明饲粮中添加1%
AKG可以调节胰岛素分泌和谷氨酸代谢,缓解
LPS应激。
由表2可知,与对照组相比,LPS组血浆中胰岛
表2 AKG对LPS应激仔猪血浆中胰岛素和氨基酸的影响
Table 2 Effects of AKG on concentrations of insulin and amino acids in plasma of piglets challenged by LPS
2.2 AKG对LPS应激仔猪腓肠肌mTOR和
p70S6K表达及磷酸化水平的影响
的过度激活会消耗大量营养物质,而且如果应激时
间长、强度大,会造成仔猪生长受阻,生产性能降低,
与对照组相比,LPS组腓肠肌P—mTOR/T.
mTOR降低了38.19%(P<0.05),AKG.LPS组降
低了8.57%(P>0.05);与LPS组相比,AKG.LPS
从而提高养猪生产成本,对畜牧业造成一定的损
失 ]。本试验用LPS应激模拟断奶仔猪免疫应激,
结果表明LPS应激可以导致血浆胰岛素降低,这与
前人报道一致 ,AKG可以在一定程度上改善LPS
应激造成的血浆中胰岛素含量的降低。大量的研究
结果表明胰岛素 叫和氨基酸口卜” 在调节仔猪蛋
白质合成中发挥着重要作用。AKG能通过三羧酸
组腓肠肌P—mTOR/T.mTOR提高了47.93%(P<
0.05)(图1)。与对照组相比,LPS组腓肠肌
P—p70S6K/T—p70S6K降低了24.02%(P<0.05);
AKG—LPS组降低了5.96%(P>0.05);与LPS组
相比,AKG—LPS组腓肠肌P—p70S6K/T—p70S6K提
高了23.77%(P<0.05)(图2)。这说明饲粮中添
加1%的AKG缓解了LPS应激导致的腓肠肌中的
mTOR和p70S6K的磷酸化程度的降低,提高了他
们的活性。
循环促进胰岛p细胞分泌胰岛素,从而缓解LPS应
激引起的胰岛素降低0 。骨骼肌是向其他器官和
组织细胞提供Gin的主要器官,注射外源性内毒素
可引起Gin代谢和转化异常,手术外伤等应激会使
肌肉游离Gin浓度降低_】 。本试验中,LPS应激提
高了血浆中的Glu,这可能是由于LPS应激动用了
3 讨 论
3.1 AKG对LPS应激仔猪血浆中胰岛素和氨基
酸水平的影响
肌肉中Gln,GIn进一部转化成Glu进入血液,造成
血液中Glu浓度升高。有研究表明,手术后全胃肠
外补充Gln或AKG能维持肌肉中蛋白质合成及游
离Gln的浓度 。本试验发现,饲粮中添加1%
仔猪在病原性抗原或非病原性抗原的刺激下,
常常处于免疫应激状态,免疫应激虽然能够激活免
AKG降低了血浆中的Glu。AKG是Gln的前体物
质及Gin依赖性细胞的重要供能物质,它能生成
疫系统以抵抗外来病原对机体的侵害,但免疫系统
6期 王 蕾等: 一酮戊二酸对脂多糖应激仔猪血浆胰岛素、氨基酸含量及腓肠肌mTOR信号传导途径的影响 1727
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Glu,Glu又进一步转化成Gln,使骨骼肌中Gl
u毛lu0 ∞∽oJd
n保
O O 0 O O O O O 0 O
持一定的浓度,而血液中Glu浓度降低。这说明
Kimball等] 研究表明,LPS降低了仔猪骨骼肌磷
‘j/0/∽|9 一 0【s∽。-I
酸化的p70S6K,这与磷酸化的蛋白激酶mTOR有
8
O
7
O
6
O
5
O
4
O
3
0
∽0卜
2
0
AKG可以参与谷氨酸族氨基酸的代谢,以谷氨酸
代谢为交汇点,通过有效地促进氨的代谢机制,减轻
动物生产过程中的代谢应激。
P
对照组LPS组 AKG.LPS组
Control group LPS group AKG.LPS group
数据以平均值±标准误表示,数据柱标注无相同字母表
示差异显著(P<O.05)。下图同。
Data are expressed as mean±SEM,and data column
without the same letter superscript differ significantly(P<
0.O5).The same as below.
图1 AKG对LPS应激断奶仔猪腓肠肌mTOR表达及
磷酸化水平的影响
Fig.1 Effects of AKG on mTOR expression level and
activity in gastrocncmius of piglets challenged by LPS
P
关。本试验数据表明,LPS应激使腓肠肌mTOR和
p70S6K的磷酸化水平降低,饲粮中添加1%AKG
可以显著缓解LPS应激导致这一现象。蛋白激
酶B(protein kinase B,PKB)可以磷酸化mT0R的
Ser2448”一。在某些细胞中,胰岛素激活PKB并且
促进Ser2448的磷酸化 。,mTOR位于PI3K—PKB
信号通路的下游,它的激酶活性可通过自磷酸化作
用和PKB信号的磷酸化而调节。mTOR在细胞生
长与细胞周期调控中起着“主要调节子”的作用,不
仅是因为上游通路PI3K—PKB对它的调控作用,还
依赖于它对下游信号分子的调节。p70S6K是
mTOR的下游信号分子之一,是mTOR的直接底
物,并且是调控蛋白质合成的关键信号分子 。有
研究表明,饲粮中添加精氨酸可提高哺乳仔猪肌肉
中mTOR磷酸化水平,从而提高肌肉中蛋白质合
成[2 ,本试验研究表明饲粮中添加1%AKG可提
高仔猪肠黏膜的mTOR磷酸化水平。
本试验结果显示,饲粮中添加AKG能够提高
仔猪肌肉中mTOR和p70S6K的磷酸化水平,说明
AKG促进仔猪的生长与mTOR/pTOS6K通路机制
有关。AKG作用方式是AKG直接作用mTOR信
号通路或者通过调节胰岛素间接作用mTOR信号
通路,仍需要进一步验证。
4 结 论
①LPS应激降低了血浆胰岛素水平及腓肠肌
mTOR和p70S6K的磷酸化,提高了血浆Glu
浓度。
②饲粮中添加1%AKG可缓解LPS应激造
成的血浆胰岛素降低和Glu浓度的升高,显著改善
LPS应激导致的mTOR和p70S6K磷酸化水平的
降低。
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6期 王 蕾等:。一酮戊二酸对脂多糖应激仔猪血浆胰岛素、氨基酸含量及腓肠肌mTOR信号传导途径的影响 1 729
Effects of 一ketoglutarate on Plasma Concentrations of Insulin and Amino
Acids and mTOR Signal Transduction in Gastrocnemius of
Piglets Challenged by Lip0p0lysaccharide
WANG Lei HOU Yongqing
WU Xin
DING Binying
LIU Yulan
LIU Jian LI Yongtang
ZHU Huiling
(1.Hubei Key Laboratory of Animal Nutrition and Feed Science,Wuhan Polytechnic University,Wuhan,430023 China
2.Laboratory of Animal Nutritional Physiology and Metabolic Process,Institute of Subtropical Agriculture,the Chinese
Academy of Sciences,Changsha 410125,China)
Abstract:The study was conducted to investigate the effects of a—ketoglutarate(AKG)on concentrations of insulin and amino
acids in plasma,expression and ph0sphorylation levels of mTOR and p70S6K in gastrocnemius of piglets challenged by li—
pop0lysaccharide(LPS).Eighteen healthy weanling piglets aged(24±1)days were randomly assigned into 3 treatments
(6 replicates per group):control group,LPS group and AKG—LPS group.Piglets in the control and LPS group were fed bas・
al diet,and those in the AKG—LPS group were fed basal diet+1%AKG.The experiment lasted for 16 days.On d 10,12,
14 and 16,piglets in the LPS and AKG—LPS group were injected intraperit0neally with LPS at 80 tLg/kg,and those in the
control group were injected with the same dose of normal saline.On d 16,blood samples were collected after 3 h of LPS in—
jection.On d 17,gastrocnemius samples of all piglets were collected for analysis after being butchered.LPS challenge in—
creased glutamine concentration(P<0.10)and reduced insulin concentration(P<0.05)in plasma,while reduced P・
mTOR/T-mTOR and P-p70S6K/T—p70S6K in gastrocnemius(P<O.05).Dietary supplementation of 1%AKG alleviated the
increase of glutamine concentration(尸<O.05),the decrease of plasma insulin concentration(P<O.10),and the decrease
of P—mTOR/T—mTOR,and P-p70S6K/T—p70S6K in gastrocnemius(P<0.05).In conclusion,dietary supplementation of
1%AKG can alleviate the decrease of insulin concentration and increase of glutamine concentration in plasma,and signifi—
cantly alleviate the decrease of phosphorylation of mTOR and p70S6K induced by LPS challenge. ̄Chinese Journal of Animal
Nutrition,2010,22(6):1724—1729]
Key words:a—ketoglutarate;LPS challenge;piglets;gastrocnemius;insulin;amino acids;mTOR signal transduction
*C0rresp0nding author,professor,E—mail:houyq777@yahoo.eom (编辑王智航)
2024年5月9日发(作者:黎澄)
动物营养学报2010,22(6):1724.1729
Chinese Journal ot'Animal Nutrition
酮戊二酸对脂多糖应激仔猪血浆胰岛素、
氨基酸含量及腓肠肌mTOR信号传导途径的影响
一
王 蕾 侯永清卜 丁斌鹰 刘 坚 李永塘 吴 信 刘玉兰 朱惠玲
(1.武汉工业学院,动物营养与饲料科学湖北省重点试验室,武汉430023;2.中国科学院亚热带农业生态研究所,
动物营养代谢过程与生理调控试验室,长沙410125)
摘 要:本试验研究了a一酮戊二酸(a—ketoglutarate,AKG)对脂多糖(1ipopolysaccharide,LPS)应激仔猪血浆胰
岛素、氨基酸浓度及腓肠肌mT0R、p70S6K表达及磷酸化水平的影响。选用18头健康的(24±1)日龄断奶仔猪,
随机分成3个处理(对照组、LPS组、AKG—LPS组),每个处理6个重复。各组基础饲粮一致,对照组和LPS组饲喂
基础饲粮,AKG-LPS组饲喂基础饲粮+1%AKG。试验期为16 d,于第1O、12、l4和16天清晨,LPS组和AKG—
LPS组仔猪分别腹膜注射80 ̄g/kg的LPS。第16天注射LPS 3 h后,前腔静脉采血。第17天屠宰取腓肠肌待测。
LPS应激可提高仔猪血浆谷氨酸(glutamic acid,Glu)浓度(P<O。10),降低血浆胰岛素水平及腓肠肌P-mTOR/T.
mTOR和P p70S6K/T.p70S6K的值(P<O.05);饲粮中添加1%AKG可缓解应激仔猪血浆Glu浓度升高(P<
0.05)、胰岛素水平(P<0.10)及腓肠肌P—mTOR/T.mT0R和P.p70S6K/T.p70S6K的值降低(P<0.05)。由此可
见,1%AKG可缓解LPS应激造成的血浆胰岛素降低和Glu浓度的升高,显著改善LPS应激导致的腓肠肌mTOR
和p70S6K磷酸化水平的降低。
关键词:a~酮戊二酸;LPS应激;仔猪;腓肠肌;胰岛素;氨基酸;mTOR信号传导
中图分类号:¥828 文献标识码:A 文章编号:1006—267X(2010)06.1724.06
(phOsphatldyl1nosltol 3一kinase related kinase,
当仔猪在遭受感染、创伤等应激时,常常处于免
疫应激状态。免疫应激会导致分解代谢加强,积极
的外源性营养支持不仅可改善机体的营养状况,还
能保护和维持主要脏器的结构和功能,增强免疫机
能。胡泉舟 发现,饲粮中添加a一酮戊二酸(a—
PI3K)蛋白质家族成员,是细胞生长的中心调控因
子,核糖体40S小亚基蛋白S6的激酶(ribosomal
protein S6 kinases,p70S6K)是mTOR的直接底
物,并且是调控蛋白质合成的关键信号分子_4]。因
ketoglutarate,AKG)能有效减轻断奶应激,促进仔
猪生长,以1%的剂量作用效果最为突出。已有研
究结果表明,饲粮中添加1%AKG能显著缓解LPS
应激对断奶仔猪生长的负影响_2]。在特定的生理条
件下,骨骼肌中的谷氨酰胺(glutaminate,Gin)的浓
此mTOR—p7Os6K信号途径可能在AKG促进仔
猪生长中起重要的调控作用,而目前对这方面的研
究报道很少。本试验以仔猪为对象,重点研究脂多
糖(1ipopolysaccharide,LPS)应激下,AKG对仔猪
血液指标及腓肠肌mTOR和p70S6K表达及磷酸
化水平的变化,为深人探讨AKG的促生长机理提
度降低,骨骼肌释放Gin的效率下降,会导致血浆
中Gin浓度的降低。有研究表明,AKG作为谷氨
酸(glutamic acid,Glu)和Gin的前体物质能够提高
人肌肉内游离Gin的水平,在应激状态下,可以提
高肌肉蛋白质的合成 ]。钠巴霉素的哺乳动物靶子
(mammal target of rapamycin,mTOR)是一高度
供该学术依据。
1材料与方法
1.1试验材料
AKG:市售医药级产品,纯度≥99.0%;LPS:
Sigma公司,大肠杆菌血清型055:B5。 保守的蛋白,属于磷脂酰肌醇3一激酶相关激酶
收稿13期:2010—05—04
基金项目:国家自然科学基金项目(30871801);湖北省自然科学基金计划创新群体项目(2007ABC009);湖北省高等学校优秀中青年团队计划
项目(T200810);武汉市学术带头人计划项目(20095183O554)
作者简介:王蕾(1983--),女,湖北天门人,硕士,主要从事生理活性物质与营养代谢调控研究。E—mail:wanglei—wh@yahoo.com.cn
*通讯作者:侯永清,教授,博士,E-mail:houyq777@yahoo.com.cn
6期 王 蕾等: 一酮戊二酸对脂多糖应激仔猪血浆胰岛素、氨基酸含量及腓肠肌mTOR信号传导途径的影响 1725
1.2试验动物与设计
选用18头健康的(24±1)日龄断奶仔猪(杜×
长×大),体重(7.25±0.23)kg,随机分成3个处理
(对照组、LPS组、AKG。LPS组),每个处理6个重
复,每个重复1头猪。各组基础饲粮一致,对照组和
LPS组饲喂基础饲粮,AKG.LPS组饲喂基础饲
粮+1%AKG。试验期为16 d,于第1O、12、14和16
天清晨,禁食状态下,LPS组和AKG—LPS组仔猪分
别腹膜注射80/ ̄g/kg的LPS,对照组注射等体积的
灭菌生理盐水 。
1.3试验饲粮与饲养管理
基础饲粮配制参照NRC(1998)猪的营养需要
(10 ̄20 kg),基础饲粮的组成及营养水平见表1。
试验期间猪舍保持温度为22~25℃。试验猪在代
谢笼中饲养,自由采食,乳头式饮水器饮水,定时清
扫和消毒猪舍。
1.4血浆样品采集
于试验第16天在仔猪禁食状态下.注射LPS
或生理盐水3 h后,用肝素抗凝真空管从仔猪前腔
静脉采血7 mL,3 500 r/rain离心15 min,分离血
浆,分装后一2O℃保存待测。
1.5肌肉样品采集
第17天屠宰取腓肠肌2 g左右,置于5 mL冻
存管中,液氮速冻,一80℃保存。
1.6血液指标测定
血浆中的氨基酸用高效液相色谱仪(Waters,
美国)测定,测定方法参照wu等 ]。血浆中胰岛素
浓度采用GC一911一y一放射免疫仪测定,试剂盒
购自北京华英生物技术研究所。
1.7肌肉组织中mTOR、p70S6K表达及磷酸化水平
测定
采用Western blot分析方法。取约2 g肌肉组
织样品在液氮低温条件下用研钵磨碎,溶解在7倍
体积的蛋白裂解液中,匀浆后10 000×g 4℃离心
10 rain获得总蛋白。以相同总蛋白质量作变性蛋
白质的十二烷基磺酸钠一聚丙烯酰胺凝胶(SDS—
PAGE)电泳后转至PVDF膜上进行抗原抗体反
应,4℃过夜。一抗为总mT0R(T.mTOR)抗体、磷
酸化mTOR(P—mTOR)抗体、总p70S6K(T.
p70S6K)抗体、磷酸化p70S6K(P.pTOS6K)抗体,均
购于Cell Signaling Technology公司。洗膜后二抗
室温下孵育1 h。洗膜后用ECL试剂(Pierce公司)
荧光显色,于Alpha Innotech成像系统中检测及分
析条带强度。mTOR磷酸化水平以P—mTOR和T—
mTOR条带的强度比值来表示,p70S6K磷酸化水
平以P—p70S6K和T-p70S6K条带的强度比值来表
示。比值高说明磷酸化程度高、活性强。
表1 基础饲粮组成及营养水平l风干基础)
Table 1 Composition and nutrient levels of
basal diet(air-dry basis) %
原料Ingredients 含量Content
玉米Corn
61.88
大豆粕Soybean mea1
21.98
次粉Wheat—middlings
4.0O
鱼粉Fish meal
3.OO
乳清粉Whey power
3.OO
大豆浓缩蛋白Soy protein concentrate
1.50
磷酸氢钙CaHP0
1.25
预混料Premix
1.OO
石粉Limestone
O.69
大豆油Soybean oil
0.5O
酸化剂Acidifier
0.3O
食盐NaC1
0.30
L一赖氨酸盐酸盐L—Lys・HCI
O.25
氯化胆碱Choline chloride
O.20
防霉剂Antimildew agent
O.10
DL蛋氨酸DL—Methionine
0.05
合计Total
1OO.OO
营养水平Nutrient levels
消化能DE/(MJ/kg)
14.22
粗蛋白CP
20.90
赖氨酸Lys
1.15
蛋氨酸Met
0.30
蛋胱氨酸Met+Cys
O.65
苏氨酸Thr
0.74
色氨酸Trp
0.21
钙Ca
O.70
磷P
0.6O
有效磷AP
O.32
食盐NaCl
O.38
预混料为每千克饲粮提供Premix provides following
per kg of diet:Fe(as ferrous of sulfate)100 mg,Cu(as
copper sulfate)150 mg,Mn(as manganese sulfate)40 mg,
Zn(as zinc sulfate)100 mg,1 0.5 mg,Se(as sodium sele—
nite)0.3 mg,VA 10 800 IU,VD3 4 000 IU,VE 40 IU,VK3
4 mg,硫胺素VB1 6 mg,核黄素VB2 12 mg,吡哆醇VB6
6 mg,氰钴胺素VB z 0.05 mg,生物素biotin 0.2 mg,叶酸
folic acid 2 mg,烟酸niacin 50 mg,D一泛酸钙D—calcium
pantOthenate 25 mg。
1726 动物营养学报 22卷
1.7数据分析
素降低了25.67%(P<0.05)、谷氨酸升高了
12.63%(P<0.10);与LPS组相比,AKG.LPS组
血浆中胰岛素升高了18.57%(P<O.10)、谷氨酸降
低了22.77%(P<O.05);血浆瓜氨酸、鸟氨酸、精氨
酸、天冬氨酸、蛋氨酸、天冬酰胺、赖氨酸和丙氨酸各
采用SPSS 13.0统计软件进行单因素方差分析
和Duncan氏法多重比较,P<0.05表示差异显著,
P<0.10表示具有显著性趋势。
2 结 果
2.1 AKG对LPS应激仔猪血浆中胰岛素和氨基酸
水平的影响
组差异不显著(P>0.05)。这说明饲粮中添加1%
AKG可以调节胰岛素分泌和谷氨酸代谢,缓解
LPS应激。
由表2可知,与对照组相比,LPS组血浆中胰岛
表2 AKG对LPS应激仔猪血浆中胰岛素和氨基酸的影响
Table 2 Effects of AKG on concentrations of insulin and amino acids in plasma of piglets challenged by LPS
2.2 AKG对LPS应激仔猪腓肠肌mTOR和
p70S6K表达及磷酸化水平的影响
的过度激活会消耗大量营养物质,而且如果应激时
间长、强度大,会造成仔猪生长受阻,生产性能降低,
与对照组相比,LPS组腓肠肌P—mTOR/T.
mTOR降低了38.19%(P<0.05),AKG.LPS组降
低了8.57%(P>0.05);与LPS组相比,AKG.LPS
从而提高养猪生产成本,对畜牧业造成一定的损
失 ]。本试验用LPS应激模拟断奶仔猪免疫应激,
结果表明LPS应激可以导致血浆胰岛素降低,这与
前人报道一致 ,AKG可以在一定程度上改善LPS
应激造成的血浆中胰岛素含量的降低。大量的研究
结果表明胰岛素 叫和氨基酸口卜” 在调节仔猪蛋
白质合成中发挥着重要作用。AKG能通过三羧酸
组腓肠肌P—mTOR/T.mTOR提高了47.93%(P<
0.05)(图1)。与对照组相比,LPS组腓肠肌
P—p70S6K/T—p70S6K降低了24.02%(P<0.05);
AKG—LPS组降低了5.96%(P>0.05);与LPS组
相比,AKG—LPS组腓肠肌P—p70S6K/T—p70S6K提
高了23.77%(P<0.05)(图2)。这说明饲粮中添
加1%的AKG缓解了LPS应激导致的腓肠肌中的
mTOR和p70S6K的磷酸化程度的降低,提高了他
们的活性。
循环促进胰岛p细胞分泌胰岛素,从而缓解LPS应
激引起的胰岛素降低0 。骨骼肌是向其他器官和
组织细胞提供Gin的主要器官,注射外源性内毒素
可引起Gin代谢和转化异常,手术外伤等应激会使
肌肉游离Gin浓度降低_】 。本试验中,LPS应激提
高了血浆中的Glu,这可能是由于LPS应激动用了
3 讨 论
3.1 AKG对LPS应激仔猪血浆中胰岛素和氨基
酸水平的影响
肌肉中Gln,GIn进一部转化成Glu进入血液,造成
血液中Glu浓度升高。有研究表明,手术后全胃肠
外补充Gln或AKG能维持肌肉中蛋白质合成及游
离Gln的浓度 。本试验发现,饲粮中添加1%
仔猪在病原性抗原或非病原性抗原的刺激下,
常常处于免疫应激状态,免疫应激虽然能够激活免
AKG降低了血浆中的Glu。AKG是Gln的前体物
质及Gin依赖性细胞的重要供能物质,它能生成
疫系统以抵抗外来病原对机体的侵害,但免疫系统
6期 王 蕾等: 一酮戊二酸对脂多糖应激仔猪血浆胰岛素、氨基酸含量及腓肠肌mTOR信号传导途径的影响 1727
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Glu,Glu又进一步转化成Gln,使骨骼肌中Gl
u毛lu0 ∞∽oJd
n保
O O 0 O O O O O 0 O
持一定的浓度,而血液中Glu浓度降低。这说明
Kimball等] 研究表明,LPS降低了仔猪骨骼肌磷
‘j/0/∽|9 一 0【s∽。-I
酸化的p70S6K,这与磷酸化的蛋白激酶mTOR有
8
O
7
O
6
O
5
O
4
O
3
0
∽0卜
2
0
AKG可以参与谷氨酸族氨基酸的代谢,以谷氨酸
代谢为交汇点,通过有效地促进氨的代谢机制,减轻
动物生产过程中的代谢应激。
P
对照组LPS组 AKG.LPS组
Control group LPS group AKG.LPS group
数据以平均值±标准误表示,数据柱标注无相同字母表
示差异显著(P<O.05)。下图同。
Data are expressed as mean±SEM,and data column
without the same letter superscript differ significantly(P<
0.O5).The same as below.
图1 AKG对LPS应激断奶仔猪腓肠肌mTOR表达及
磷酸化水平的影响
Fig.1 Effects of AKG on mTOR expression level and
activity in gastrocncmius of piglets challenged by LPS
P
关。本试验数据表明,LPS应激使腓肠肌mTOR和
p70S6K的磷酸化水平降低,饲粮中添加1%AKG
可以显著缓解LPS应激导致这一现象。蛋白激
酶B(protein kinase B,PKB)可以磷酸化mT0R的
Ser2448”一。在某些细胞中,胰岛素激活PKB并且
促进Ser2448的磷酸化 。,mTOR位于PI3K—PKB
信号通路的下游,它的激酶活性可通过自磷酸化作
用和PKB信号的磷酸化而调节。mTOR在细胞生
长与细胞周期调控中起着“主要调节子”的作用,不
仅是因为上游通路PI3K—PKB对它的调控作用,还
依赖于它对下游信号分子的调节。p70S6K是
mTOR的下游信号分子之一,是mTOR的直接底
物,并且是调控蛋白质合成的关键信号分子 。有
研究表明,饲粮中添加精氨酸可提高哺乳仔猪肌肉
中mTOR磷酸化水平,从而提高肌肉中蛋白质合
成[2 ,本试验研究表明饲粮中添加1%AKG可提
高仔猪肠黏膜的mTOR磷酸化水平。
本试验结果显示,饲粮中添加AKG能够提高
仔猪肌肉中mTOR和p70S6K的磷酸化水平,说明
AKG促进仔猪的生长与mTOR/pTOS6K通路机制
有关。AKG作用方式是AKG直接作用mTOR信
号通路或者通过调节胰岛素间接作用mTOR信号
通路,仍需要进一步验证。
4 结 论
①LPS应激降低了血浆胰岛素水平及腓肠肌
mTOR和p70S6K的磷酸化,提高了血浆Glu
浓度。
②饲粮中添加1%AKG可缓解LPS应激造
成的血浆胰岛素降低和Glu浓度的升高,显著改善
LPS应激导致的mTOR和p70S6K磷酸化水平的
降低。
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6期 王 蕾等:。一酮戊二酸对脂多糖应激仔猪血浆胰岛素、氨基酸含量及腓肠肌mTOR信号传导途径的影响 1 729
Effects of 一ketoglutarate on Plasma Concentrations of Insulin and Amino
Acids and mTOR Signal Transduction in Gastrocnemius of
Piglets Challenged by Lip0p0lysaccharide
WANG Lei HOU Yongqing
WU Xin
DING Binying
LIU Yulan
LIU Jian LI Yongtang
ZHU Huiling
(1.Hubei Key Laboratory of Animal Nutrition and Feed Science,Wuhan Polytechnic University,Wuhan,430023 China
2.Laboratory of Animal Nutritional Physiology and Metabolic Process,Institute of Subtropical Agriculture,the Chinese
Academy of Sciences,Changsha 410125,China)
Abstract:The study was conducted to investigate the effects of a—ketoglutarate(AKG)on concentrations of insulin and amino
acids in plasma,expression and ph0sphorylation levels of mTOR and p70S6K in gastrocnemius of piglets challenged by li—
pop0lysaccharide(LPS).Eighteen healthy weanling piglets aged(24±1)days were randomly assigned into 3 treatments
(6 replicates per group):control group,LPS group and AKG—LPS group.Piglets in the control and LPS group were fed bas・
al diet,and those in the AKG—LPS group were fed basal diet+1%AKG.The experiment lasted for 16 days.On d 10,12,
14 and 16,piglets in the LPS and AKG—LPS group were injected intraperit0neally with LPS at 80 tLg/kg,and those in the
control group were injected with the same dose of normal saline.On d 16,blood samples were collected after 3 h of LPS in—
jection.On d 17,gastrocnemius samples of all piglets were collected for analysis after being butchered.LPS challenge in—
creased glutamine concentration(P<0.10)and reduced insulin concentration(P<0.05)in plasma,while reduced P・
mTOR/T-mTOR and P-p70S6K/T—p70S6K in gastrocnemius(P<O.05).Dietary supplementation of 1%AKG alleviated the
increase of glutamine concentration(尸<O.05),the decrease of plasma insulin concentration(P<O.10),and the decrease
of P—mTOR/T—mTOR,and P-p70S6K/T—p70S6K in gastrocnemius(P<0.05).In conclusion,dietary supplementation of
1%AKG can alleviate the decrease of insulin concentration and increase of glutamine concentration in plasma,and signifi—
cantly alleviate the decrease of phosphorylation of mTOR and p70S6K induced by LPS challenge. ̄Chinese Journal of Animal
Nutrition,2010,22(6):1724—1729]
Key words:a—ketoglutarate;LPS challenge;piglets;gastrocnemius;insulin;amino acids;mTOR signal transduction
*C0rresp0nding author,professor,E—mail:houyq777@yahoo.eom (编辑王智航)