自1932年HENDRISON等
[1]在病鸭群中分离出鸭疫里默氏菌(
Riemerella anatipestifer)以来,鸭疫里默氏菌病已成为全球最具破坏性的病原体之一
[2-3]。其血清有多达21种,临床上多为不同血清间的混合或交替感染
[4-5]。有研究发现,感染鸭疫里默氏菌致死的SPF(Specific Pathogen Free,无特定病原体)鸭心、肝、脾、肺、脑和肾具有典型病变
[6]。在江苏地区发现的11型鸭疫里默氏菌病感染的鸭的病理学变化涉及心、肝、脾、肺、胰、脑、肠黏膜和法氏囊
[7]。目前,对鸭疫里默氏菌的致病机制已有较多的研究,结果已证明了AS87_RS04190
[8]、AS87_RS02955
[9]、PhoP
[10]等多个鸭疫里默氏菌的重要毒力相关因子。众所周知,细菌性疾病的发病机制及其发展是病原体和宿主之间复杂的相互作用过程。已有研究表明,细胞因子IL-22
[3]和IL-17
[11-12]等在机体对鸭疫里默氏菌的抗感染机制中发挥有重要作用。但鸭疫里默氏菌的致病机制及机体对该菌的抗病机制尚不完全清楚,尤其是鸭疫里默氏菌致肠黏膜损伤及肠道在抗鸭疫里默氏菌感染中的作用知之甚少。
肠道是一个高度复杂的生态系统,许多物种相互作用,宿主细胞相互作用,进而影响动物生理和对病原体的易感性
[13]。有研究表明,寄生虫
[14]、致病菌
[15-16]和病毒
[17]均会引起肠道微生物结构和肠道功能的改变。水禽育种与生产课题组前期通过16S rDNA测序的方法也证明鸭疫里默氏菌感染可以引起鸭直肠微生物结构的改变
[18],组织学检查发现该菌可引起鸭盲肠肠道损伤和免疫反应的改变
[19],表明鸭疫里默氏菌感染过程会对肠道造成损伤。
鸭疫里默氏菌感染鸭发病后的耐过者常表现为生长发育受阻,成为僵鸭,进而造成重大经济损失
[20-21]。据此推测,鸭疫里默氏菌感染造成鸭生长发育受阻可能是由于该菌会引起鸭小肠的正常发育和功能发生改变。本课题组(水禽育种与生产研究室)前期通过HE染色观察了鸭疫里默氏菌感染鸭的小肠肠道形态结构,结果显示,鸭疫里默氏菌感染降低了鸭十二指肠、空肠和回肠黏膜厚度和肠绒毛长度
[22],证实了鸭疫里默氏菌感染影响鸭的小肠形态结构,但是否对小肠发育和肠黏膜屏障功能产生影响尚不清楚。
本研究通过对鸭疫里默氏菌感染鸭和未感染鸭不同时间点的体质量和小肠长度进行比较分析,以明确鸭疫里默氏菌感染对鸭生长发育的影响;进一步通过检测感染鸭血液中内毒素和乳酸脱氢酶含量变化,以及肠道组织中肠黏膜屏障功能相关基因MUC2和MYLK的表达量变化,探讨鸭疫里默氏菌对鸭小肠发育和肠道屏障功能的影响,旨在为解释鸭疫里默氏菌致肠道损伤机制提供数据支持。
1 材料和方法
1.1 鸭人工感染试验及样品采集
人工感染鸭疫里默氏菌试验参考本课题组建立的鸭疫里默氏菌人工感染的方法开展
[20]。鸭疫里默氏菌人工感染试验于2022年5月在江苏省家禽科学研究所试验动物房进行,在试验鸭14日龄时进行人工感染试验。试验鸭共96只,感染组和对照组各48只。鸭疫里默氏菌感染组鸭每只皮下注射1.0×10
9 cfu/mL的菌液0.5 mL,对照组每只鸭皮下注射等体积的生理盐水。在感染的1、2、3、5、9 d和14 d,每组随机选择8只鸭称量体质量,分别用去热源肝素钠真空采血管和促凝血管采集颈静脉血液,每管2 mL,用于内毒素和乳酸脱氢酶检测;屠宰后取出肠道,分离小肠各肠段,用皮尺测量长度,同时采集十二指肠、空肠和回肠组织于冻存管中,储存于液氮中,用于后续组织RNA提取。
1.2 内毒素检测
采用去热源肝素钠真空采血管收集血样,混匀后,3 000 r/min离心2 min,吸出血浆;采用试管定量显色基质法检测,具体操作按显色基质鲎试剂盒(含偶氮)(EC80545,厦门鲎试剂生物科技股份有限公司)的明书要求进行,在波长为545 nm处读取吸光度值,根据标准曲线计算样品的内毒素浓度。
1.3 乳酸脱氢酶(LDH)含量和酶活检测
促凝管收集血液,待血液凝集分离出血清,1 000 r/min离心10 min后取血清;然后利用D-乳酸测试盒(EDLC-100,上海鑫乐生物科技有限公司)测定乳酸脱氢酶含量,具体操作按试剂盒说明书进行;最后在波长为340 nm处测定各管吸光度值,计算得出各管的酶活力。
1.4 鸭肠屏障功能相关基因表达检测
采用TRNzol法提取RNA,然后利用FastKing一步法反转录cDNA。使用Primer premier 5.0软件设计鸭
MUC2和
MYLK基因表达量的引物,以
β-actin作为内参,引物序列见
表1[23]。通过Stratagene公司的Mx3000P型PCR仪进行基因的荧光定量检测。RNA提取、反转录和荧光定量PCR试剂均为天根生化科技(北京)有限公司产品:TRNzol试剂(DP424),FastKing一步法除基因组cDNA第1链合成预混试剂(KR118),SuperReal PreMix Plus(SYBR Green)(FP205),所有操作步骤按说明书进行。
1.5 数据统计
鸭体质量、小肠长度及MUC2和MYLK基因表达差异分析均采用SPSS 20.0软件单因素方差分析ANOVA进行。采用2-ΔΔCt法分析MUC2和MYLK基因的相对表达量。
2 结果与分析
2.1 鸭疫里默氏菌感染对鸭体质量和小肠长度的影响
鸭疫里默氏菌感染对鸭体质量和小肠各段长度的影响如
表2所示。
由
表2可知,与对照组相比,鸭感染鸭疫里默氏菌后1~3 d体质量略有下降但差异不显著,在感染后5、9 d体质量显著下降(
P<0.05),感染后14 d体质量略有上升,但仍略低于对照组。鸭十二指肠的长度在鸭疫里默氏菌感染后的变化不显著;鸭空肠的长度在鸭疫里默氏菌感染后5 d显著短于对照组(
P<0.05),其他时间点变化不显著;回肠的长度在鸭疫里默氏菌感染后变化最明显,感染组的回肠的长度在2、3、5 d均显著短于对照组(
P<0.05)。
2.2 鸭疫里默氏菌感染对鸭肠黏膜通透性的影响
2.2.1 检测鸭疫里默氏菌感染鸭血液中内毒素含量变化
由
表3可知,与对照组相比,鸭疫里默氏菌感染后1 d感染组的内毒素含量显著增加(
P<0.05),在其他时间点略有升高,但差异不显著。
2.2.2 鸭疫里默氏菌感染鸭血液中乳酸含量变化
由
表4可知,与对照组相比,鸭乳酸含量在鸭疫里默氏菌感染后1 d时显著增加(
P<0.05),在其他时间点略有升高,但差异不显著。
2.3 鸭疫里默氏菌感染鸭小肠肠黏膜屏障功能相关基因的表达量分析
由
表5可知,在十二指肠中,与对照组相比,
MUC2的表达量在鸭疫里默氏菌感染后变化不明显,仅在感染后5 d显著下调(
P<0.05);
MYLK的表达水平在感染早期的表达量表现为下调,尤其在感染后1 d显著下调(
P<0.05),在感染后期表达量无明显变化。
在空肠中,与对照组相比,MUC2的表达量在鸭疫里默氏菌感染后2、5 d显著下调(P<0.05),其他时间点略有下调或上调,但差异不显著;MYLK的表达量在感染1~9 d总体表现为下调趋势,尤其在感染后5 d显著下调(P<0.05),感染后14 d的表达水平变化不明显。
回肠中,与对照组相比,MUC2的表达量在鸭疫里默氏菌感染后1~14 d表现为先下降后升高的趋势,在感染后2、5 d显著下调(P<0.05),9、14 d显著上调(P<0.05);MYLK的表达水平在感染后1、2 d显著下调(P<0.05),其他时间点差异不显著。
3 结论与讨论
小肠是家禽重要的组织器官,其发育程度是限制动物生长的主要因素,而鸭疫里默氏菌感染后,发病幸存的鸭子常表现为生长发育受阻,成为僵鸭
[24]。推测鸭疫里默氏菌感染影响了鸭的肠道健康,妨碍了鸭肠道的正常生长发育及其功能。在鸭疫里默氏菌感染对鸭小肠黏膜形态结构影响的研究中发现,鸭疫里默氏菌感染1~9 d的鸭的十二指肠、空肠和回肠的肠黏膜厚度、肠绒毛长度以及隐窝深度均有不同程度下降
[25],说明鸭疫里默氏菌感染影响小肠的消化吸收功能。本研究结果表明,鸭疫里默氏菌感染后鸭的体质量下降,尤其在感染的5、9 d下降最为明显,且空肠和回肠的长度在鸭疫里默氏菌感染后5 d也明显低于对照组,表明鸭疫里默氏菌感染阻碍了鸭的生长发育,且对小肠的影响主要表现在中后段,这可能与鸭感染鸭疫里默氏菌后小肠的消化吸收功能降低有关。
血液中内毒素和乳酸水平是衡量肠道屏障损伤程度的2个重要指标。肠黏膜损伤的大鼠血清中毒素和乳酸的含量明显增加
[26]。重症肿瘤和肝硬化患者的内毒素和乳酸含量也显著增加。目前,内毒素和乳酸含量变化已成为患者肠黏膜屏障功能的早期诊断指标
[27-28]。在大肠埃希氏菌感染加抗生素诱导的方法建立的肉鸡肠黏膜通透性模型中,肉鸡血液内毒素和乳酸含量明显增加,在感染24 h时,感染组和对照组间差异极显著
[29]。本研究发现,鸭疫里默氏菌感染后1 d,鸭血液中的内毒素和乳酸含量均显著增加,在其他时间点略有升高,但差异不显著。说明鸭疫里默氏菌感染主要影响感染早期的肠黏膜通透性,对中后期影响较小,间接说明鸭疫里默氏菌感染损伤了鸭肠道黏膜屏障,进而影响了肠道屏障功能。
在肠道,
MUC2蛋白为肠内抗菌蛋白及共生菌群提供黏附位点,在抵御肠内致病菌及有害物质入侵等方面发挥着重要功能
[30-31]。研究表明,多种疾病和癌症与
MUC2的功能缺乏有关。如
MUC2-/-小鼠会自发的发展为结肠炎
[31]。进一步研究表明,
MUC2-/-小鼠的肠道内细菌与上皮细胞直接接触,并深入隐窝,可发展为炎症和癌症
[32]。肌球蛋白轻链激酶(Myosin Light Chain Kinase,MYLK)是免疫球蛋白基因超家族的成员
[33]。HALIM
[34]研究表明,部分敲除
MYLK基因的小鼠表现为严重的肠道运动障碍和膀胱功能异常。NIGHOT等
[35]研究表明,作为革兰氏阴性菌主要成分的脂多糖诱导的肠黏膜通透性增加过程中需要
MYLK的参与。因此,
MUC2和
MYLK是与肠道功能密切相关的基因。本研究发现,
MUC2和
MYLK基因的表达量在3个不同小肠肠段鸭疫里默氏菌感染后的至少1个时间点发生了改变,且主要表现为表达量下调,这一结果与在其他物种肠道损伤过程中
MUC2和
MYLK表达量下降一致,说明鸭疫里默氏菌感染引起肠道损伤与
MUC2和
MYLK有关。
综上所述,鸭疫里默氏菌感染会导致鸭生长受阻,且可能与鸭疫里默氏菌感染引起的小肠肠道损伤、肠道吸收功能下降有关。MUC2和MYLK基因表达下降及肠黏膜通透性改变,可能是鸭疫里默氏菌的致病的重要原因,该研究为鸭疫里默氏菌与机体的相互作用及作用机制研究提供了基础数据。
江苏省现代农业(水禽)产业技术体系(JATS[2023]365)
国家家养动物种质资源库(2024)