Rollen til polyfenoler i regulering av varmesjokkproteiner og tarmmikrobiota i avvenningsstress del 2
Mar 31, 2022
Vær så snill og kontaktoscar.xiao@wecistanche.comfor mer informasjon
4.1. Avvenningsstress hos griser og drøvtyggere. Avvennende griser opplever stressende perioder som kan endre tarm- og immunfunksjoner som resulterer i å påvirke dyrehelsestatus.
Avanserte verktøy har blitt brukt for å minimere avvenningsstress; Det kreves imidlertid mer kollektiv biologisk forståelse for å utarbeide strategier for å bekjempe avvenningsstress [62]. Faktorene for avvenningsstress inkluderer fysiologiske, miljømessige og sosiale utfordringer som oppstår når grisene skiller seg fra purka, og dermed gjør dem sårbare for sykdommer og produksjonstap [62]. Mage-tarmsystemet utfører ulike funksjoner som fordøyelse og absorpsjon av næringsstoffer, elektrolyttbalanse og sekresjon av fordøyelsesenzymer og fungerer som en barriere mot skadelige molekyler [62]. Brå endringer i kostholdet fra melk til faste stoffer gjør griser utsatt for reduserte veksthastigheter [62]. En studie av Mon-tagne et al. [63] viste at redusert inntak av fôr under etteravvenning kan bidra til tarmbetennelse, og påvirke villous høyde og kryptdybde. Griser opplever lavt fôropptak på grunn av endringene i absorpsjonskapasiteten i tynntarmen [64]. Dessuten fremhevet Rao [65] forskjellige tarmmarkører knyttet til avvenningsstress, noe som effektivt reduserer den fysiologiske forstyrrelsen relatert til avvenningsstress. Avvenningsstress er også relatert til overproduksjon av ROS og uttømming av antioksidantsystemet [66]. Den overveldende statusen til ROS forstyrrer cellulær funksjon og påvirker deretter TJ-proteiner, noe som resulterer i økt tarmpermeabilitet [67]. Dessuten har en betydelig påvirkning av avvenningsstress hos smågriser blitt godt dokumentert av en rekke studier [68-71].
Avvenningsstress er et avgjørende skritt i kalveoppdrettssystemet, som øker levende vektøkning og fremmer gastrointestinal utvikling på avvenningsstadiet [72]. Derfor kan tilstedeværelsen av avvenningsstress [73] påvirke produksjonssystemet for melkeku og øke kalvedødeligheten [74]. For tiden er begrenset litteratur tilgjengelig om emnet fysiologiske og immunologiske responser hos storfekjøtt og melkekalver. Studier fremhevet at avvenningsstress sammen med plutselig husholdning reduserte totalt antall leukocytter, reduserte in vitro-produksjonen av interferon-gamma og økte nivået av akuttfaseproteiner enn ved å utsette husholdningen i 35 dager etter avvenning. Videre fremmer overgangsperioden hos kyr nøytrofili, undertrykker interferonproduksjon og øker nivået av akuttfaseproteiner som er utbredt etter perioden etter avvenning. Derfor er det en lang overgangsundertrykkelse i immunresponsindikatorer hos kalver like etter avvenning. Slike immunbiomarkører kan brukes i fremtiden for å forutsi mulige forekomster av avvenningsstress og for å overvinne luftveisinfeksjoner [75].
Klikk her for å vite mer
Spesifikke metoder for å forbedre tarmhelsen i perioden før avvenning er avgjørende for å redusere kalvenes sårbarhet mot enteriske infeksjoner. Tarmhelse definerer flere faktorer som tilskriver opprettholdelse av sykdomsfri status i GIT-systemet [76]. Modifikasjon i tarmmikrobiomet er en viktig bidragsyter som beskriver effekten på tarmhelsen [76] og betraktes som et vindu for å forbedre kalvetarmhelsen. Neonatale kalver er mest sårbare for enteriske infeksjoner, som er en sentral årsak til kalvedød; derfor kreves det riktig oppmerksomhet for å forbedre tarmhelsen, spesielt kalvehelsen [77]. For ytterligere studier om rollen til tarmmikrobiota i avvenningsstress hos melkekalver, er en veldefinert artikkel å foretrekke [77].
4.2. Tarmmikrobiota og avvenningsstress.
I svineindustrien er mage-tarmkanalen til nyfødte smågriser utsatt for diaré etter avvenning [78, 79] og andre tarmsykdommer som direkte kan påvirke intestinal absorpsjon, tarmbarriereskade, betennelse, oksidativ skade og endret mikrobiell respons [62, 78]. Tidligere litteratur avslørte at tarmmikrobiomet viste en levende rolle i å opprettholde tarmfunksjon og vertshelse, mens spesifikke bakteriesamfunn muliggjør kapasiteten til å undertrykke infeksjon/patogener og forbedre slimhinneimmunitet [71]. Derfor vurderer den en ny strategi for modulasjon av tarmmikrobiota for å fremme tarmhelsen.
Imidlertid reduserer avvenningsstresset den spesifikke rikdommen til Lactobacillus-gruppen og forsterker Clostridium spp. Prevotella spp., Proteobacteriaceae og E. coli, noe som fører til tap av mikrobiell mangfold [80]. Videre har avvente smågriser vist mangfold og sammensetning av tarmmikrobiota, som i stor grad er påvirket av mengden og kildene til proteiner eller fibre i kosten som gis til etteravvenne griser [81]. Samspillet mellom ernæringsbestanddeler i tarmceller og tarmmikroflora er i hovedsak avgjørende for mage-tarmkanalens funksjon [82]. Det er verdt å merke seg at ernæringsbassenget er sentralt for fornyelse og spredning av tarmceller og en integrert del av det mikrobielle samfunnet [83]. De patogene bakteriene gjør det mulig å bruke riktige næringsstoffer som ikke kan kataboliseres via kommensale bakterier, og det fremmer uttrykket av virulente faktorer, for eksempel Salmonella, og enterohemoragisk E.coli har evnen til å bruke etanolamin som en kilde til karbon eller nitrogen for å oppnå nytte av ernæring i et konkurransedyktig miljø med annen mikroflora [83, 84]. Enterohemoragisk E. coli kan konsumere fruktose for å stimulere et type III sekresjonssystem som favoriserer adhesjonen av patogene bakterier til vertens enterocytter [85]. Som en konsekvens er avvente smågriser sårbare for tarmbetennelse og diaré etter avvenning som respons på den plutselige spredningen av patogene bakterier og mangel på mikrobiell mangfold [86]. Funnene i den siste artikkelen konkluderer med at kristtorn polyfenol (HP) muliggjør demping av LPS-mediert tarmskade ved å fremme intestinale disakkaridaseaktiviteter, barrierefunksjon og produksjon av kortkjedede fettsyrer (SCFA) og undertrykker tarmbetennelse [87]. en studie av Liedel et al. [88] avslørte visse antioksidantstoffer en signifikant relasjon med gunstige bakterier og negativ relasjon til E.coli. Imidlertid indikerte spesifikke stoffer og bakterier et motsatt forhold til griser.
5. Polyfenoler, varmesjokkproteiner og tarm
Mikrobiota i avvenningsstress
Kostholdstilnærminger modifiserer HSP-uttrykk in vivo og øker vertshelseresponsen ved å målrette mot spesifikke immunresponser som Tregs. Oral induksjon av carvacrol hos mus forårsaker økt ekspresjon av HSP70 i Peyers plastre og Tregs og inhiberte indusert leddgikt i en dyremodell 89]. Tallrike ernæringsforbindelser har også blitt dokumentert for å påvirke HSP-uttrykk i GI-kanalen in vitro og in vivo [90-92]. Antocyanin-cyanidin-3-O-glukopyranoside og dets aglykonform, cyanidinklorid, ble dokumentert å vise antioksidanteffekter delvis via indusert ekspresjon av HSP70 i Caco2-celler [93]. Den samme effekten ble også rapportert ved bruk av naringenin ved 10-100wM [94]. I tillegg til det har in vitro-studier på polyfenoler dokumentert at flavonoid quercetin ved 30-100μM og andre som flavon ved 150uM , kaempferol ved 100 μM og genistein ved 100 μM er kjent for å være de potente hemmere av iHSPs spesifikt iHSP70 [95,96]. Druefrøekstraktet (polyfenoler) ble også demonstrert å undertrykke iHSP70 i en bovin GECline [97], noe som tyder på en negativ innvirkning av flere polyfenoler på iHSPs. Resveratrol-utløst HSP70-uttrykk reduserer temperaturøkningen av varmesjokkrespons og forbereder cellene til å overvinne de skadelige effektene av stressnivåer [98]. Videre bringer resveratrol GSH i redusert form for å undertrykke ROS-mediert cellulær skade [99] og forbedre H,O,-indusert lipidperoksidering via reduserende MDA-nivåer og øke SOD-aktiviteten og redusere det intracellulære uttrykket av ROS i Caco2 celler[100]. Resveratrol-indusert HO-1-signalering er sentralt for ekspresjonen av TJ-proteiner gjennom å undertrykke PKC-aktivitet og P38-fosforylering [100]. Videre resver-atrolaktivert HSP som er kjent for å være stimulatoren av anti-inflammatoriske regulatoriske T-celler for å beskytte tarmens integritet. HSP-stimulering blokkerer NF-xB-stimuleringen via regulering av IKB [101].
Det er flere faktorer som kan være involvert i å stimulere HSP-ekspresjon i svineproduksjon, slik som høy temperatur, transport, avvenning, trening og celleeksponering for giftstoffer. HSP-er som HSP27, HSP60 og HSP70 er overveldet under varmestressforhold. Ekspresjonen av HSP i GIT modifiseres ved avvenning og avhenger av GIT-stedet og stadiet etter avvenning [102]. Bortsett fra det er HSP-er de konserverte proteinene som viste sitt uttrykk i tarmepitelceller som HSP25, HSP27, og HSP 70 og bidro til en rekke cellulære funksjoner [103, 104]. Det er bemerkelsesverdig at iHSP-er regulerer barrierefunksjonen via formidling av TJ-proteiner og reversering av fornærmelsen indusert av oksidativt og inflammatorisk stress på celler [26]. Tarm- og tykktarmsepitelcellene gir begge lignende responser mot iHSP-stimuli. Gut iHSP forsvinner hos bakteriefrie dyr [105,106]. Videre er omfattende kunnskap om kosttilskudd av varmesjokkproteiner og tarmmikrobi-ota godt dokumentert av [51]. Dyrene opplever forskjellige påkjenninger under tilpasningene som vist i figur 2.
6. Regulering av polyfenoler ved avvenningsstress
Formidlet av Gut Microbiota
Ernæringsforskningen forbedres kontinuerlig med spesielle fôrtilsetningsstoffer [107]. I det siste har matprodusenter og forbrukere vakt interesse for å fremme fôrtilsetninger og prioritere naturlige forbindelser. Polyfenoler er svært effektive og viser antimikrobielle [108], antioksidative [109, 110] og antivirale [11l] aktiviteter og er de store gruppene av naturlige bioaktive forbindelser som stammer fra planter. Antioksidantforbindelsene er rike på polyfenoler, som også kan brukes for å dempe oksidativt stress hos dyr og øke antioksidantpotensialet til animalske produkter [112]. Imidlertid antyder noen forskere at polyfenoler ikke har antioksidantkapasitet i kroppen på grunn av deres dårlige absorpsjonseffekt, men de kan utføre andre bioaktiviteter gjennom å påvirke cellesignalering eller mikrobielle metabolitter [113]. For eksempel kan flavonoidet virke på proteinkinase- og lipidkinase-veien for å påvirke kreft- og hjertesykdomsutvikling [114]. Når det gjelder polyfenolers antioksidative aktivitet, den polyfenolbeskyttende effekten på regulering
av tarmmikrobielle samfunnet har blitt godt dechiffrert av tidligere studier [109,115]. De forskjellige kildene til plantepolyfenoler er diskutert ovenfor. De levende aktivitetene til disse forbindelsene observert i in vitro og in vivo studier er rapportert å ha antioksidative, immunstimulerende og antiinflammatoriske aktiviteter [116-120].
Eucommia ulmoides(EU)flavone, en kinesisk urteplante, inneholder flere forbindelser som gir helsefremmende effekter [121]. Bladet til denne planten er en rik kilde til flavonoider [31 122] som gir gunstige effekter på helsen ved direkte fjerning av frie radikaler, hemmer proinflammatoriske cytokiner via undertrykking av ROS og nitrogenoksid, reduserer inflammatoriske gener som omfatter cyklooksygenaser (COX) og induserbare syklooksygenaser oksidsyntase(iNOS), oppregulerende antioksidative enzymer, manipulering av transkripsjonsfaktorer som NF-xB og AP-1, og øker Nrf2-signalveien[123, 124]. Den in vitro-beskyttende effekten av Eucommia ulmoides flavoner mot LPS-utløst enter-ocyttskade (tarm svinepitelcellelinje (IPEC-J2)) er godt illustrert av Hussain et al. [120]. Inkluderingen av 10 ug/mL EUF ga gunstige effekter på cellelevedyktighet, proliferasjon, cellesyklus og apoptose, mitokondriell bioenergetikk og NF-xB-proteinvei. EUF-aktivert PI3K/AKT som fungerer som celleoverlevelse og signalvei, forbedret negative effekter av LPS og gjenopprettet enterocyttintegritet. En annen studie av Chun et al. [119] har vist at kosttilskudd av Eucommia ulmoides flavoner (polyfenoler) forbedret vekstytelsen hos avvente smågriser som ble utfordret med diquat-modellen for oksidativt stress. Eucommia ulmoides flavones spesifiserte ytterligere fruktbare resultater gjennom demping av oksidativt stress og betennelse i tarmmorfologi, reduserte inflammatoriske cytokiner, økt antioksidantrespons og forbedret villihøyde, villushøyde og kryptdybde hos avvente smågriser.
Den positive effekten av tepolyfenoler (TP) på en diquat-utfordret modell av etteravvante smågriser er godt beskrevet av Fiesel et al. [125]. Resultatene viste at TP i kosten dempet oksidativt stress og fremmet vekst i noen grad. Forholdet mellom CD4b/CD8b ble økt, noe som tyder på gjenoppretting av immunforstyrrelser indusert av oksidativt stress. Dessuten reduserte TP nivået av I-1 og IFN-y, som ble økt av oksidativt stress. TP økte imidlertid serumkonsentrasjonen av IL-4, noe som indikerer endringer i responsen til Thl på Th2. Dermed viste resultatene den immunmodulerende responsen til TP mot avvent oksidativt stress.
Coix-frøet assosiert med familien Poaceae, en rik kilde til ernæringsforbindelser inkludert polyfenoler, har sin opprinnelse i Kina, Japan, Thailand og Burma [126,127]. En studie av Dairy [128] viste at coixfrøekstrakt betydelig forbedret vekstevnen, fremmet tetthet og
lengden på GIT villi, økte forekomster av Bacteroidetes og slekten Lactobacillus, og reduserte rikdommen til Prevo-tella i tarmmikrobiota. Derfor er det en potensiell kilde til fôrtilskudd i svineproduksjon. I en tidligere studie brukte Ishi-hara et al.[129] druefrø og druemelekstrakt (GSGME) eller brukt humle (SH) for å forbedre dyrenes ytelse. I eksperimentet hans avslørte griser som ble tilbudt GSGME eller SH-tilskudd en økt økning:fôr-forhold, reduserte nivåer av flyktige fettsyrer og reduserte antall Streptococcus spp. og Clostridium-klynge XIVa i fekal mikrobiota. Videre hadde tilskudd av begge grupper redusert uttrykk for flere proinflammatoriske gener i tolvfingertarmen, ileum og tykktarmen. En studie av Sarker et al. [130] viste at plantepolyfenoler påvirket antioksidantstatusen til avvente smågriser. Resultatene fremhevet at optimalisert plantepolyfenoltilskudd kan forbedre plasmaantioksidanter ved å redusere nivået av MDA. Andre studier av Oliveira et al. [131] avslørte at planteavledede polyfenoler har en gunstig tarmhelse. Det ble videre indikert at polyfenoler (rester av eple og rødvin) hadde høyere innhold av flavonoider, antydet som et fôrtilsetningsstoff, og ga gunstige effekter på villi-morfologi og aktivering av tarmassosiert lymfoidvev (GALT) og kan øke grisehelsen. Rollen til polyfenoler i reguleringen av tarmmikrobiota er godt tilskrevet i tabell 1.
For tiden er mange studier på avvenningsstress hos griser og deres vellykkede ernæringsmessige intervensjonsstrategier med polyfenoltilsetningsstoffer godt dokumentert, men dessverre finnes det ikke så bred litteratur om bøfler, storfe, geiter og sauer. Vi prøvde vårt beste for å telle opp bevisene som fremhever viktigheten av avvenningsstress og deres mulige diettintervensjon med polyfenoler for å forbedre dyrs vekst og produksjon.
Denne artikkelen er hentet fra Hindawi Oxidative Medicine and Cellular Longevity Volume 2021, artikkel-ID 6676444, 13 sider https://doi.org/10.1155/2021/6676444
