紫檀芪对断奶仔猪肝脏损伤、氧化还原失衡、线粒体功能障碍和内质网应激的保护作用

Protective effects of pterostilbene against hepatic damage, redox imbalance, mitochondrial dysfunction, and endoplasmic reticulum stress in weanling piglets.

作者信息Hao Zhang, Yanan Chen, Yue Li, Peilu Jia, Shuli Ji, Yueping Chen, Tian Wang
PMID33027517
发布时间2020-10-01
DOI10.1093/jas/skaa328

实验完整度

包含体内动物实验(断奶仔猪模型)、组织学、凋亡检测、氧化应激指标、线粒体功能、SIRT1活性、基因表达和Western blot等多层级验证,并含机制探讨。

主要模型

断奶仔猪模型(早期断奶诱导肝损伤) 母猪哺乳仔猪(对照组)

重点核对

断奶日龄:21日龄断奶,实验至28日龄 PT和RSV剂量:300 mg/kg 日粮 样本量:4组,每组6个重复,每个重复1头猪 检测指标:血浆ALT和AST,肝脏TUNEL、氧化应激、线粒体功能、ER应激标志物 统计分析:one-way ANOVA,Tukey's post hoc,P<0.05

摘要

本研究评估了天然抗氧化剂紫檀芪(PT)及其母体化合物白藜芦醇(RSV)缓解早期断奶仔猪肝脏损伤、氧化还原失衡、线粒体功能障碍和内质网(ER)应激的潜力。将144头哺乳仔猪随机分为四个处理组(每组6个重复,n=6):1)母猪哺乳组,2)早期断奶并饲喂基础日粮组,3)早期断奶并饲喂添加300 mg/kg PT的基础日粮组,或4)添加300 mg/kg RSV组。与母猪哺乳仔猪相比,早期断奶增加了仔猪血浆丙氨酸氨基转移酶(P=0.004)和天冬氨酸氨基转移酶(P=0.009)活性以及肝脏凋亡率(P=0.001)。早期断奶降低了肝脏三磷酸腺苷(ATP;P=0.006)含量和线粒体复合物III(P=0.019)和IV活性(P=0.038),但增加了超氧阴离子积累(P=0.026)和内质网应激标志物的表达水平,如葡萄糖调节蛋白78(P<0.001)、CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白(P=0.001)和激活转录因子4(P=0.006)。在缓解早期断奶后的肝损伤和氧化应激方面,PT优于RSV,表现为凋亡细胞数量(P=0.036)以及超氧阴离子(P=0.002)和8-羟基-2-脱氧鸟苷(P<0.001)水平降低。PT增加了线粒体DNA含量(P=0.031)以及柠檬酸合酶(P=0.005)、复合物I(P=0.004)和III(P=0.011)和ATP合酶(P=0.041)的活性,这可能有助于缓解PT处理的断奶仔猪的肝脏ATP缺乏(P=0.017)。PT还阻止了早期断奶引起的内质网应激标志物和ATF6表达水平以及肌醇需求酶1α磷酸化的增加(P<0.05)。与饲喂基础日粮的早期断奶仔猪相比,PT增加了早期断奶仔猪肝脏中沉默信息调节因子1的活性(P=0.031)。总之,PT补充可能通过抑制线粒体功能障碍和内质网应激来减轻断奶仔猪的肝损伤。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
紫檀芪(PT)能否通过调节线粒体功能和内质网应激来缓解早期断奶仔猪的肝脏损伤和氧化应激?
核心机制
PT通过激活SIRT1信号,上调NRF1、TFAM和PPARα/CPT1A通路,改善线粒体生物合成和脂肪酸氧化,同时抑制IRE1α磷酸化和ATF6表达,减轻内质网应激,从而保护肝功能。
主要证据
在断奶仔猪模型中,PT补充显著降低血浆ALT和AST,减少肝细胞凋亡、超氧阴离子和8-OHDG,增加ATP含量和线粒体复合物I、III、CS和ATP合酶活性,并抑制GRP78、CHOP、ATF4等ER应激标志物表达,同时提高SIRT1活性。
研究意义
研究结果表明PT作为饲料添加剂可能有助于开发缓解早期断奶仔猪肝功能障碍的新型营养策略,并鉴于猪与人类在解剖和生理上的相似性,可能为改善人类婴儿断奶后肝功能提供线索。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

动物模型建立与分组

建立早期断奶诱导的肝损伤模型,并设置PT和RSV处理组以比较其保护效果。

将144头21日龄公猪(杜×[长×大])随机分为4组:母猪哺乳组(SR-CON)、断奶基础日粮组(W-CON)、断奶+300 mg/kg PT组(W-PT)、断奶+300 mg/kg RSV组(W-RSV)。每组6个重复,每重复1头。实验期7天。

2

肝损伤和组织病理学评估

评估早期断奶对肝脏结构和功能的损伤,以及PT/RSV的缓解作用。

采集肝脏组织,进行H&E染色观察组织学变化,TUNEL染色检测凋亡细胞,并测量血浆ALT和AST活性。

3

肝脏氧化应激和抗氧化能力检测

检测早期断奶是否导致氧化应激,以及PT/RSV对氧化还原平衡的调节作用。

使用DHE荧光探针检测超氧阴离子,测量MDA和8-OHDG含量,并检测抗氧化酶SOD、GPx、CAT、GST活性及NRF2核转位。

4

线粒体功能和能量代谢分析

评估早期断奶对线粒体功能的影响,以及PT/RSV对线粒体功能和ATP产生的改善作用。

提取肝脏线粒体,测定ATP含量、CS、复合物I-IV和ATP合酶活性,并通过qPCR检测mtDNA拷贝数,通过试剂盒检测SIRT1活性。

5

基因表达分析

分析线粒体生物合成、脂肪酸氧化和内质网应激相关基因的表达变化,探究PT的作用机制。

通过RT-qPCR检测SIRT1、PGC-1α、NRF1、TFAM、ERRα、PPARα、CPT1A、GRP78、CHOP、ATF4等基因的表达。

6

内质网应激和UPR信号通路检测

评估早期断奶是否诱发内质网应激,以及PT/RSV对UPR信号的调节作用。

通过透射电镜观察ER结构,免疫组化和Western blot检测GRP78等蛋白表达,检测IRE1α、PERK、ATF6的磷酸化/表达水平。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
OCT包埋剂Solarbio4583
ALT检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteC009-2-1
AST检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteC010-2-1
一步法TUNEL检测试剂盒VazymeA113-03
DAPIBeyotimeP0131
光学显微镜NikonEclipse
透射电子显微镜HitachiH-7650
HRP标记的山羊抗兔二抗ProteintechSA00001-2
DAB显色试剂盒BeyotimeP0203
二氢乙啶Sigma-Aldrich309800
SOD检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA001-1-2
GPx检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA005-1-2
CAT检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA007-1-1
MDA检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA003-1-2
GST检测试剂盒Suzhou Comin BiotechnologyGST-2-W
8-OHDG ELISA试剂盒Cayman Chemical589320-96S
线粒体提取试剂盒SolarbioSM0020
柠檬酸合酶检测试剂盒SolarbioBC1065
复合物I检测试剂盒SolarbioBC0515
复合物II检测试剂盒SolarbioBC3230
复合物III检测试剂盒SolarbioBC3240
复合物IV检测试剂盒SolarbioBC0945
ATP合酶检测试剂盒SolarbioBC1445
ATP检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute--
TIANamp基因组DNA提取试剂盒TiangenDP304-03
ChamQ SYBR qPCR预混液VazymeQ311-02
QuantStudio 5实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
核蛋白提取试剂盒BeyotimeP0028
SIRT1活性检测试剂盒Genmed50287.2
NRF2抗体Abcamab92946
组蛋白H3抗体CST5192S
GRP78抗体Proteintech11587-1-AP
IRE1α抗体Bioss Biotechnologybs8680R
PERK抗体Proteintech24390-1-AP
磷酸化IRE1α (Ser726)抗体Bioss Biotechnologybs-4308R
磷酸化PERK (Thr980)抗体Bioss Biotechnologybs-3330R
ATF6抗体Proteintech24169-1-AP
ACTB抗体Proteintech20536-1-AP
增强化学发光HRP底物MilliporeWBKLS0100
GRP78抗体Proteintech11587-1-AP

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型与分组
仔猪品种、日龄、性别、断奶日龄、饲养条件、分组数量、每组重复数、每个重复动物数
阅读提示:Materials and Methods: Animals, diet, and housing
饲料配方与添加剂
基础日粮成分及营养水平,PT和RSV添加剂量(300 mg/kg),饲料制作方式
阅读提示:Materials and Methods: Animals, diet, and housing; Supplementary Table S1
样品采集
采样时间,麻醉方法,血液采集部位,肝脏组织采集部位,固定液种类及浓度
阅读提示:Materials and Methods: Sample collection
血液生化指标
ALT和AST检测试剂盒厂家、货号、检测方法(比色法)
阅读提示:Materials and Methods: Plasma aminotransferase activities
氧化应激指标
超氧阴离子检测方法(DHE染色浓度、孵育时间),MDA、8-OHDG检测试剂盒型号,抗氧化酶活性测定试剂盒型号
阅读提示:Materials and Methods: Superoxide anion levels, Redox status
线粒体功能检测
线粒体提取方法,CS、复合物I-IV、ATP合酶活性检测试剂盒型号,ATP含量测定方法
阅读提示:Materials and Methods: Mitochondrial enzyme activities, Hepatic ATP content
基因表达分析
RNA提取方法,逆转录方法,qPCR引物序列(补充表S2),内参基因选择,数据分析方法(2^-ΔΔCt)
阅读提示:Materials and Methods: Gene expression, Supplementary Table S2
蛋白表达分析
蛋白提取方法,抗体品牌、货号、稀释比例,膜类型,封闭液成分,曝光方法
阅读提示:Materials and Methods: Western blotting