DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024.116111
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38350216
تاريخ النشر: 2024-02-13
المؤلف: Chuanpi Xiao وآخرون
الموضوع الرئيسي: العناصر النزرة في الصحة
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تأثير تحدي المناعة الناتج عن الليبوساكاريد (LPS) على توازن الزنك النظامي ودور زنك الجليسينات (Zn-Gly) في نموذج جنين الدجاج. تم تقسيم 160 بيضة مخصبة من دجاج أربيور آكر إلى أربع مجموعات: مجموعة التحكم (محلول ملحي)، LPS (32 ميكروغرام LPS)، Zn-Gly (80 ميكروغرام Zn-Gly)، وZn-Gly+LPS (كلا من Zn-Gly وLPS). تم إجراء التغذية داخل البيضة في اليوم 17.5 من عمر الجنين، مع جمع العينات بعد 12 ساعة. أشارت النتائج إلى أن Zn-Gly قلل بشكل كبير من الزيادة الناتجة عن LPS في السيتوكين المؤيد للالتهاب إنترلوكين 1β (IL-1β) (P = 0.003) وقام بتعديل التعبير عن بروتينات ناقل الزنك والميتالوثيونين (MT)، والتي تعتبر ضرورية لتوازن الزنك. بشكل محدد، أدى التعرض لـ LPS إلى زيادة التعبير عن ناقلات الزنك مثل بروتين ناقل الزنك 1 (ZnT-1) وناقل المعادن ثنائية التكافؤ 1 (DMT1)، بينما خفف مكمل Zn-Gly من زيادة ZnT-1 في الكبد (P = 0.01).
علاوة على ذلك، أدى التعرض لـ LPS إلى انخفاض مستويات الزنك في المصل والكبد، بينما زادت مستويات الزنك في الأمعاء الدقيقة والعضلات والساق. عكس Zn-Gly التعبير المرتفع عن بروتين إصبع الزنك A20 في الكبد الناتج عن LPS (P = 0.025) وقلل من التعبير عن عوامل أخرى مؤيدة للالتهاب، بما في ذلك IL-1β وIL-6، بالإضافة إلى مستقبلات الصدمة 4 (TLR4) وعامل النسخ كابا-B p65 (NF-κB p65) (P < 0.05). بالإضافة إلى ذلك، خفف Zn-Gly من انخفاض التعبير عن جين حاجز الأمعاء كلودين-1 الناتج عن LPS. في الختام، تسلط الدراسة الضوء على أن توازن الزنك النظامي في أجنة الدجاج اللاحم يتأثر بتحديات المناعة، حيث يلعب Zn-Gly دورًا وقائيًا من خلال تنظيم توازن الزنك وتخفيف الاستجابات الالتهابية عبر مسار إشارة TLR4/NF-κB.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث التحديات التي تواجه تربية الدواجن المكثفة، لا سيما فيما يتعلق بصحة الطيور بسبب زيادة القابلية للإصابة بالعوامل الممرضة، والتلوث البيئي، وضغوط المناعة المتعلقة بالغذاء. تتفاقم هذه التحديات بسبب المخاوف المتزايدة بشأن مقاومة المضادات الحيوية وحظر إضافات الأعلاف المضادة للمضادات الحيوية. في هذا السياق، يعتبر الجهاز المناعي للدواجن حاسمًا في مكافحة العدوى البكتيرية، مما يدفع إلى استخدام إضافات الأعلاف لتخفيف الضغط المناعي وتنظيم الاستجابات المناعية الفطرية. يُبرز الزنك، وهو مكون حيوي للعديد من الإنزيمات، دوره في تعزيز النمو والأداء في الدواجن من خلال تحسين وظيفة حاجز الأمعاء وتقليل الالتهاب.
تؤكد الورقة على أهمية خChelates الأحماض الأمينية للزنك، التي تقدم توافرًا بيولوجيًا أعلى، وتوضح التوازن المعقد للزنك في الجسم، الذي تنظمه الميتالوثيونينات وبروتينات ناقل الزنك. كما تشير المقدمة إلى التحديات المناعية التي تطرحها الليبوساكاريدات (LPS)، التي تعطل التوازن الالتهابي ووظيفة حاجز الأمعاء من خلال تنشيط مستقبلات الصدمة و مسار عامل النسخ كابا-B (NF-κB). تهدف الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات زنك الجليسينات (Zn-Gly) على توازن الزنك أثناء التعرض لـ LPS وإمكانية تخفيف الاستجابات الالتهابية، والإجهاد التأكسدي، ووظيفة حاجز الأمعاء في الدواجن.
طرق
توضح قسم الطرق الإجراءات التجريبية المعتمدة من قبل لجنة الأخلاقيات في جامعة شاندونغ الزراعية، مع الالتزام بالإرشادات الخاصة بالحيوانات المختبرية التي وضعتها وزارة العلوم والتكنولوجيا في الصين. كانت الدراسة تهدف إلى تحديد العمر الجنيني الأمثل لجمع العينات قبل الحقن داخل البيضة، باستخدام نموذج تحدي لتغذية الليبوساكاريد (LPS) داخل البيضة. أظهرت الأبحاث السابقة جرعة قدرها 32 ميكروغرام من LPS مع وقت جمع عينات بعد 12 ساعة من الحقن (كونغ وآخرون، 2023).
بالنسبة للتجربة الرسمية، تم تخصيص 160 بيضة مخصبة من دجاج أربيور آكر (AA)، كل منها يزن حوالي 71.5 ± 2 جرام، عشوائيًا إلى أربع مجموعات علاجية: مجموعة التحكم (CON)، LPS، Zn-Gly، وZn-Gly+LPS، مع ثمانية تكرارات من خمس بيضات لكل منها. في اليوم 17.5 من عمر الجنين (E17.5)، تم إعطاء حقنة 0.5 مل في تجويف السلى، تتكون من محلول ملحي، محلول LPS (64 ميكروغرام/مل)، محلول Zn-Gly (160 ميكروغرام/مل)، أو مزيج من LPS وZn-Gly. تم جمع عينات الصفار قبل الحقن وعند 6، 12، و24 ساعة بعد الحقن لتقييم محتوى الزنك، وفقًا للبروتوكولات المعتمدة لإدارة الزنك داخل البيضة (ميري ويذر وآخرون، 2010).
نتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يسلط الضوء على النتائج المهمة التي تدعم الفرضيات أو الأهداف الموضحة في الدراسة. عادةً ما تكون النتائج مصحوبة ببيانات إحصائية ذات صلة، أو أشكال، أو جداول توضح الاتجاهات والأنماط الملاحظة.
في هذا القسم، قد يقوم المؤلفون بالإبلاغ عن فعالية الطرق أو التدخلات المقترحة، مقارنتها ضد مجموعات التحكم أو القياسات الأساسية. بالإضافة إلى ذلك، يتم مناقشة أي ارتباطات أو علاقات تم تحديدها بين المتغيرات، غالبًا مع تعبيرات رياضية أو نماذج مرفقة لت quantifying هذه العلاقات. بشكل عام، توفر النتائج نظرة شاملة على الأدلة التجريبية التي تم جمعها، مما يمهد الطريق للنقاشات والاستنتاجات اللاحقة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات زنك الجليسينات (Zn-Gly) على توازن الزنك والاستجابات المناعية في أجنة الدجاج اللاحم المعرضة لتحديات الليبوساكاريد (LPS). تضمنت البروتوكولات التجريبية الإدارة الدقيقة لفقس البيض، والحقن داخل البيضة لـ Zn-Gly، وجمع العينات اللاحقة لتقييم مستويات الزنك والمعايير المناعية. أشارت النتائج إلى أن التعرض لـ LPS زاد بشكل كبير من السيتوكينات الالتهابية (IL-1β، IL-6، IFN-γ) في كل من الكبد والاثني عشر، بينما قلل إعطاء Zn-Gly من مستويات IL-1β في الاثني عشر. علاوة على ذلك، حسّن Zn-Gly التعبير عن بروتينات الوصل الضيق، مما يشير إلى دور وقائي ضد خلل حاجز الأمعاء الناتج عن LPS.
كما كشفت الدراسة أن التعرض لـ LPS أدى إلى إعادة توزيع الزنك، حيث انخفضت مستويات الزنك في المصل والكبد ولكن زادت التركيزات في الأمعاء والساق. عالج علاج Zn-Gly بعض هذه التأثيرات، لا سيما في الساق والأمعاء الدقيقة، وقام بتعديل التعبير عن الجينات المتعلقة بنقل الزنك، بما في ذلك ZnT-1 وDMT1. على الرغم من هذه النتائج، لم يعزز Zn-Gly بشكل كبير نشاط إنزيمات مضادات الأكسدة، مما يشير إلى تفاعل معقد بين مكملات الزنك والإجهاد التأكسدي أثناء تحديات المناعة. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على إمكانية Zn-Gly في تخفيف الاستجابات الالتهابية ودعم توازن الزنك في التطور الجنيني تحت ظروف الضغط.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024.116111
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38350216
Publication Date: 2024-02-13
Author(s): Chuanpi Xiao et al.
Primary Topic: Trace Elements in Health
Overview
This study investigated the impact of an immune challenge induced by lipopolysaccharide (LPS) on systemic zinc homeostasis and the role of zinc glycinate (Zn-Gly) in a chicken embryo model. A total of 160 Arbor Acres broiler fertilized eggs were divided into four groups: control (saline), LPS (32 µg LPS), Zn-Gly (80 µg Zn-Gly), and Zn-Gly+LPS (both Zn-Gly and LPS). The in ovo feeding was conducted on embryonic day 17.5, with samples collected after 12 hours. Findings indicated that Zn-Gly significantly reduced the LPS-induced increase in the pro-inflammatory cytokine interleukin 1β (IL-1β) (P = 0.003) and modulated the expression of zinc transporter proteins and metallothionein (MT), which are crucial for zinc homeostasis. Specifically, LPS exposure led to increased expression of zinc transporters such as zinc transporter protein 1 (ZnT-1) and divalent metal transporter 1 (DMT1), while Zn-Gly supplementation mitigated the upregulation of ZnT-1 in the liver (P = 0.01).
Moreover, LPS exposure resulted in decreased serum and liver zinc levels, while increasing zinc levels in the small intestine, muscle, and tibia. Zn-Gly reversed the elevated expression of the liver zinc finger protein A20 induced by LPS (P = 0.025) and reduced the expression of other pro-inflammatory factors, including IL-1β and IL-6, as well as toll-like receptor 4 (TLR4) and nuclear factor kappa-B p65 (NF-κB p65) (P < 0.05). Additionally, Zn-Gly alleviated the downregulation of the intestinal barrier gene Claudin-1 caused by LPS. In conclusion, the study highlights that systemic zinc homeostasis in broiler embryos is influenced by immune challenges, with Zn-Gly playing a protective role by regulating zinc homeostasis and mitigating inflammatory responses through the TLR4/NF-κB signaling pathway.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the challenges faced by intensive poultry farming, particularly regarding the health of birds due to increased susceptibility to pathogens, environmental pollution, and food-related immune stressors. These challenges are exacerbated by rising concerns over antimicrobial resistance and the ban on antibiotic feed additives. In this context, the immune system of poultry is critical for combating bacterial infections, prompting the use of feed additives to mitigate immune stress and regulate innate immune responses. Zinc, a vital component of many enzymes, is highlighted for its role in enhancing growth and performance in poultry by improving intestinal barrier function and reducing inflammation.
The paper emphasizes the significance of zinc amino acid chelates, which offer higher biological availability, and outlines the complex homeostasis of zinc in the body, regulated by metallothioneins and zinc transporter proteins. The introduction also notes the immune challenges posed by lipopolysaccharides (LPS), which disrupt inflammatory balance and intestinal barrier function through the activation of toll-like receptors and the nuclear factor kappa-B (NF-κB) pathway. The study aims to investigate the effects of zinc glycinate (Zn-Gly) on zinc homeostasis during LPS exposure and its potential to alleviate inflammatory responses, oxidative stress, and intestinal barrier dysfunction in poultry.
Methods
The methods section outlines the experimental procedures approved by the Ethics Committee of Shandong Agricultural University, adhering to the guidelines for laboratory animals set by the Ministry of Science and Technology in China. The study aimed to determine the optimal embryonic age for sampling prior to in ovo injection, utilizing a challenge model for in ovo feeding of lipopolysaccharide (LPS). Previous research established a dose of 32 µg of LPS with a sampling time of 12 hours post-injection (Kong et al., 2023).
For the formal experiment, 160 Arbor Acres (AA) broiler fertilized eggs, each weighing approximately 71.5 ± 2 g, were randomly assigned to four treatment groups: control (CON), LPS, Zn-Gly, and Zn-Gly+LPS, with eight replicates of five eggs each. At embryonic day 17.5 (E17.5), a 0.5 mL injection was administered into the amniotic cavity, consisting of saline, LPS solution (64 µg/mL), Zn-Gly solution (160 µg/mL), or a combination of LPS and Zn-Gly. Yolk samples were collected before injection and at 6, 12, and 24 hours post-injection to assess zinc content, following the established protocols for zinc in ovo administration (Meriwether et al., 2010).
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights the significant outcomes that support the hypotheses or objectives outlined in the study. The results are typically accompanied by relevant statistical data, figures, or tables that illustrate the trends and patterns observed.
In this section, the authors may report on the effectiveness of the proposed methods or interventions, comparing them against control groups or baseline measurements. Additionally, any correlations or relationships identified between variables are discussed, often with accompanying mathematical expressions or models to quantify these relationships. Overall, the results provide a comprehensive overview of the empirical evidence gathered, laying the groundwork for subsequent discussions and conclusions.
Discussion
In this study, the effects of zinc glycinate (Zn-Gly) on zinc homeostasis and immune responses in broiler embryos subjected to lipopolysaccharide (LPS) challenges were investigated. The experimental protocol involved the careful management of egg incubation, in ovo injection of Zn-Gly, and subsequent sample collection to assess zinc levels and immune parameters. Results indicated that LPS exposure significantly increased inflammatory cytokines (IL-1β, IL-6, IFN-γ) in both the liver and jejunum, while Zn-Gly administration notably reduced IL-1β levels in the jejunum. Furthermore, Zn-Gly improved the expression of tight junction proteins, suggesting a protective role against LPS-induced intestinal barrier dysfunction.
The study also revealed that LPS exposure led to a redistribution of zinc, characterized by decreased serum and liver zinc levels but increased concentrations in the intestine and tibia. Zn-Gly treatment countered some of these effects, particularly in the tibia and small intestine, and modulated the expression of zinc transport-related genes, including ZnT-1 and DMT1. Despite these findings, Zn-Gly did not significantly enhance antioxidant enzyme activity, indicating a complex interplay between zinc supplementation and oxidative stress during immune challenges. Overall, the findings underscore the potential of Zn-Gly to mitigate inflammatory responses and support zinc homeostasis in embryonic development under stress conditions.