IUGR猪脂肪组织早期发育及日粮胆碱水平对其脂肪沉积的影响

摘要

子宫内发育迟缓(IUGR)一直以来都是人类医学与动物生产上的难题。猪IUGR的发生率高达15-20％，造成多种器官与系统发育不良，严重地制约着畜牧生产效率。IUGR后代常在成年后发生脂肪组织的异常积累，改变体组成，并提高代谢性疾病的发生率。猪是人类营养与疾病的理想模型动物，本研究选用自然发生的IUGR猪为对象，研究了其在出生后早期不同部位脂肪组织的沉积、细胞形态、脂肪代谢功能、信号调节通路等方面与正常初生重(NBW)猪的差异，并通过提高断奶后日粮胆碱水平，探究胆碱对脂肪沉积的调控作用，试图为养猪生产与人类医学提供理论依据与调控参考。
　　1.IUGR对哺乳仔猪脂肪组织发育的影响
　　选择IUGR与同性别的同胞NBW新生仔猪各12头，公母各半，哺乳阶段实行寄养，于7d、14d和23d对所有试验猪进行空腹称重并采血，于7d和23d，分别随机选取NBW和IUGR仔猪各6头（公母各半）屠宰取样，测定生长性能、脂肪沉积量、脂肪细胞大小、血液代谢产物含量、血液脂肪酸组成、血液代谢相关酶活、血液激素与脂肪因子水平。数据分析采用GLM模型，SNK法比较均值。结果表明:(1)IUGR仔猪的体重(BW)始终低于NBW仔猪(P＜0.01)，但是IUGR公猪（去势）的BW在23d与NBW猪无明显差异（P＞0.05）。IUGR猪的日增重(ADG)在0-7和7-14d低于NBW猪（P＜0.01），14-23d已无显著差异（P＞0.05）。IUGR猪的相对生长率(FGR)从7d开始已超过NBW猪（P＜0.05）。(2)IUGR有降低7d背部皮下脂肪(SAT)厚度的趋势(P=0.08)，其SAT脂肪细胞的平均直径比NBW猪小7.5％(P＜0.01)，且小脂肪细胞所占比例较高;23d脂肪厚度和细胞平均直径与NBW猪均无显著差异（P＞0.05），且大脂肪细胞所占比例较高。IUGR猪7d肾周脂肪(PAT)重量比NBW猪低49.2％（P＜0.01），DNA浓度高24.7％（P＜0.01），脂肪细胞数量少36.5％（P＜0.01），小脂肪细胞所占比例较高;23d时PAT重量相当（P＞0.05），DNA浓度仍高于NBW猪（P＜0.01），总细胞数量已超过NBW猪(P＜0.01)，小脂肪细胞所占比例较高。脂肪细胞直径分布显示，7d时母猪大脂肪细胞比例多于公猪，23d时NBW母猪大脂肪细胞比例多于公猪，但是在IUGR猪相反。(3)IUGR提高了23d仔猪血液蛋白（P＜0.05）和BUN浓度（P＜0.01），降低了7d血液游离脂肪酸(FFA)含量与各日龄的甘油三酯含量（P＜0.05）。母猪14d和23d的甘油三酯和高密度脂蛋白胆固醇/总胆固醇(HDL/TC)高于公猪（P＜0.05）。猪类型与性别因素在14d血糖和全期平均甘油三酯存在互作效应（P＜0.05）。公猪7d血液共轭亚麻油酸比母猪高62.5％(P＜0.05)，23d珍珠酸比母猪高46.4％(P＜0.05)，全期平均值比母猪高32.8％（P＜0.05）。7d的花生酸与全期平均棕榈酸水平在猪类型与性别之间存在互作（P＜0.05）。IUGR猪血液脂蛋白脂酶(LPL)、肝脂酶(HL)、总脂酶、AST、ALT活性在14d、23d及全期平均值均高于NBW(P＜0.05)。猪类型与性别因素在LPL和总脂酶活性存在互作效应(P＜0.05)。血液瘦素在23d以母猪水平更高(P＜0.05)，IUGR使7d和全期平均皮质醇水平分别提高了33.7％(P＜0.05)和27.2％(P＜0.05)，并提高了14d及全期平均脂联素水平(P＜0.05)。猪类型与性别因素在14d胰岛素、23d脂联素、14d和23d皮质醇表现为显著的互作效应(P＜0.05)。总的来说，IUGR猪在哺乳期实现了BW和脂肪组织的追赶生长，并伴随着代谢的改变，在公猪（去势）更为显著。
　　2.IUGR对哺乳仔猪脂肪组织基因表达及mTOR通路的影响
　　试验设计同1。取肝脏、SAT和PAT，测定脂肪代谢相关酶活、代谢酶与转录因子基因表达、Akt与mTOR通路分子的磷酸化水平与PPARγ蛋白表达。数据统计分析同1，t检验比较相同日龄不同类型猪之间的蛋白表达均值。结果发现:(1)IUGR降低了7d时SAT中苹果酸脱氢酶(MDH)（32.3％，P＜0.01）、异柠檬酸脱氢酶(ICDH)（35.0％，P＜0.05）和激素敏感脂酶(HSL)(37.0％，P＜0.01)的活性，降低了23d时苹果酸酶(ME)（24.7％，P=0.09）和HSL(36.5％，P＜0.01)的活性。7d时母猪比公猪HSL活性高13.5％(P＜0.05)，23d时母猪比公猪高12.4％(P=0.08)。猪类型与性别在23d脂肪酸合酶(FAS)活性互作效应显著（P＜0.01）。IUGR猪降低了7d时PAT中FAS(4.7％，P＜0.01)、ME(40.4％,P＜0.05)和ICDH（45.1％，P＜0.05），23d时葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PDH)（29.5％，P＜0.05）的活性。公猪7dME活性比母猪高34.8％(P=0.07)，HSL活性比母猪高22.7％(P＜0.05)。IUGR对肝脏酶活无显著作用（P＞0.05）。7d时母猪FAS(P＜0.05)和MDH（P=0.05）活性高于公猪。猪类型与性别的互作效应在7dICDH活性表现显著（P＜0.05）。(2)7d的SAT中，IUGR降低了HSL表达（P＜0.01），母猪在FAS、LPL、ATGL、HSL、C/EBPα和SERBP-1c的表达都高于公猪(P＜0.01)。两因素在ATGL表达表现为显著互作（P＜0.05）。对于23d的SAT，IUGR降低了ATGL表达(P＜0.05)，母猪ACCα和LPL的表达丰度高于公猪（P＜0.05），对于ATGL、HSL、PPARγ、C/EBPα和SREBP-1c，母猪的表达低于公猪（P＜0.05）。IUGR显著提高了7d时PAT中ACCα、PPARα、C/EBPα和SREBP-1c的表达(P＜0.05)，对于PPARα和C/EBPα表达，猪类型与性别存在显著互作效应(P＜0.05)，母猪SCD表达显著高于公猪（P＜0.05）;23d时，猪类型与性别的互作在ACCα、LPL、ATGL、HSL、PPARα及C/EBPα表达均表现显著作用(P＜0.05)，IUGR公猪PPARγ表达比母猪高431.8％（P＜0.05），母猪显著降低了ATGL、PPARα和SREBP-1c表达(P＜0.05)，IUGR提高了ATGL的表达(P＜0.05)。IUGR提高了7d时肝脏PPARα和SREBP-1c的表达（P＜0.05），降低了PEMT表达(P＜0.05);23d时，IUGR对于SERBP-1c的提高依然存在（P＜0.05），母猪的HSL表达水平高于公猪（P＜0.05），猪类型与性别在ATGL的表达表现出显著的互作(P＜0.05)。(3)IUGR使7d和23d时PAT中Akt磷酸化水平分别提高（P＜0.05）51.6％和73.0％，mTOR磷酸化水平降低（P＜0.05）36.5％和48.8％，PPARγ蛋白表达水平提高10.3％(P＞0.05)和35.7％(P＜0.05)。IUGR降低了7d时PAT的4E-BP1磷酸化（71.0％，P＜0.05），对于S6K1磷酸化未见显著作用(P＞0.05)。总的来说，IUGR与性别改变了仔猪SAT、PAT和肝脏中多种脂肪代谢相关酶活性与转录因子的表达，并呈现互作关系。
　　3.日粮胆碱水平对IUGR猪脂肪沉积的影响及其机制
　　选择IUGR与同胞NBW公猪各8头，48h内寄养，21d断奶后按照猪类型和日粮胆碱水平两因素设计分为4组:NBW（饲喂基础日粮的NBW猪）、NBW+CHO（饲喂胆碱添加日粮的NBW猪）、IUGR（饲喂基础日粮的IUGR猪）和IUGR+CHO（饲喂胆碱添加日粮的IUGR猪），每组4头猪。胆碱添加日粮中胆碱含量为基础日粮的2倍，试验期180d。在断奶当天和各阶段结束时（73d，120d和200d）进行个体空腹称重与采血，200d屠宰采样，测定脂肪沉积量，肉质、血液代谢产物含量、代谢相关酶活、激素与脂肪因子水平、DNA含量、脂肪细胞大小、脂肪代谢酶活、代谢酶与转录因子基因表达、Akt与mTOR通路分子的磷酸化水平与PPARγ蛋白表达。血清数据使用MIXED过程分析，其余指标采用GLM模型分析。SNK法比较均值。结果显示:(1)IUGR猪的BW在200d前显著低于NBW猪(P＜0.05)，在200d赶上NBW猪（P=0.07），ADG在断奶前及21-38d和73-120d低于NBW猪(P＜0.05)，在38-73d和120-200d无显著差异，21-200d的FGR极显著高于NBW猪(P＜0.01)。日粮胆碱添加降低了200d猪肩部最厚处(25.2％)、胸腰结合处(19.5％)和腰荐结合处(21.1％)及平均(22.6％)的背部SAT厚度(P＜0.05)及PAT重量（P＜0.05），使IUGR猪PAT降低了13.0％(P＜0.05)，对肉质无不良影响（P＞0.05）。(2)IUGR在73d和200d对血液甘油三酯表现出相反的作用(P＜0.05)，降低了120d、200d和全期的HDL/CHO(P＜0.05)。日粮胆碱添加提高了200d猪血液总蛋白(3.8％，P＜0.05)水平，降低了200d和试验全期的血液尿素氮(BUN)(20.3％和9.7％，P＜0.05)、73d和全期FFA，120d、200d和全期甘油三酯和总胆固醇水平（P＜0.05）。IUGR提高了120d和试验全期血清LPL、HL活性（P＜0.05），全期总脂酶活性，添加胆碱降低（P＜0.05）了200d血清LPL活性，73d和全期HL活性，全期总脂酶活性，120d和试验全期血清ALT活性。日粮胆碱添加降低（P＜0.01）了200d血液胰岛素、脂联素和120d皮质醇水平，提高(P＜0.05)了120d和试验全期平均血清瘦素水平。IUGR降低（P＜0.05）了73d和200d的皮质醇水平，提高(P＜0.05)了120d皮质醇、200d和全期血清脂联素、200dTNF-α水平。(3)IUGR的PAT总DNA含量比NBW猪高14.7％(P＜0.05)。IUGR提高了SAT中小脂肪细胞的比例(P＜0.05)，降低了大脂肪细胞比例(P＜0.05)。脂肪细胞平均直径、SAT中直径为0-50μm、70-90μm和大于90μm脂肪细胞比例、PAT中50-70μm和70-90μm的脂肪细胞比例方面，均存在猪类型与日粮胆碱含量的互作(P＜0.05)。(4)IUGR提高了肝脏MDH和G6PD活性(P＜0.05)，胆碱添加降低了MDH活性（P＜0.05）。在SAT中，IUGR提高了HSL活性(P＜0.05)，高剂量胆碱使得ME和ICDH活性降低（P＜0.05），并且提高了HSL活性(P＜0.05)。IUGR和日粮胆碱水平在MDH、ICDH和G6PDH活性存在互作（P＜0.05）。在PAT中，IUGR和高剂量胆碱均具有提高HSL活性的作用(P＜0.05)，日粮胆碱添加提高了MDH活性（P＜0.05）。IUGR具有增加肝脏FAS、PEMT表达（P＜0.05），降低ATGL的表达(P＜0.05)的作用，高剂量胆碱降低了肝脏中FAS、ACCα、HSL、PEMT表达（P＜0.05），PEMT、ATGL表达存在两因素的互作效应（P＜0.05）。SAT中，IUGR显著提高了ACCα、FAS、SCD、ATGL、HSL的表达（P＜0.05），胆碱提高了ATGL和HSL的表达（P＜0.05）。PAT中，IUGR提高了SCD、LPL、ATGL和HSL的表达（P＜0.05）。IUGR降低了肝脏PPARα表达(39.5％，P＜0.05)，提高了SAT中SERBP-1c、C/EBPα和PPARγ(P＜0.05)、PAT中C/EBPα、PPARγ和PPARα的表达（P＜0.05）。高剂量胆碱降低了PAT中C/EBPα、PPARγ和PPARα(P＜0.05)以及SAT中C/EBPα的表达（P＜0.05），提高了SAT的PPARα表达（P＜0.05）。(5)IUGR降低(P＜0.05)了mTOR(25.5％)、4E-BP1(35.9％)和Akt(55.9％)的磷酸化水平，使PPARγ表达提高了40％(P＜0.05)。IUGR猪在采食高剂量胆碱日粮时，mTOR，4E-BP1和Akt磷酸化水平与NBW无差异，PPARγ表达比采食基础日粮的IUGR猪低了54.7％(P＜0.05)，比NBW猪低了40.8％(P＜0.05)。总的来说，日粮胆碱添加改善了IUGR猪脂肪组织的异常积累与脂类代谢状况，可能是通过调节PPARγ表达实现的。

目录

声明

摘要

本文部分缩略词的中英文对照

引言

第一章 IUGR对猪脂肪组织发育与沉积的影响

1 脂肪细胞的发育与脂肪组织的沉积

2 猪脂肪组织发育与沉积的特点

3 IUGR猪与脂肪组织的异常沉积

第二章 Akt-mTOR-S6K／4E-BP1通路在脂肪细胞发育与脂肪沉积中的作用

1 mTOR通路在脂肪生成中的作用

2 mTOR通路与脂类代谢相关疾病

3 IUGR动物mTOR通路的改变

第三章 胆碱对脂肪沉积的调控及其应用

1 胆碱及其在体内的转化

2 胆碱与脂肪代谢

3 胆碱及其衍生物对代谢相关疾病的作用

第四章 IUGR对哺乳仔猪脂肪组织发育的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

4 小结

第五章 IUGR对哺乳仔猪脂肪组织基因表达及mTOR通路的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

4 小结

第六章 日粮胆碱水平对IUGR猪生长与脂肪沉积的影响

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

4 小结

第七章 日粮添加胆碱降低IUGR猪脂肪沉积的机理研究

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

4 小结

参考文献

全文结论

本文创新点与有待进一步研究的问题

致谢

攻读博士学位间论文发表