DOI: https://doi.org/10.1186/s40168-025-02083-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40158133
تاريخ النشر: 2025-03-29
المؤلف: Daojie Li وآخرون
الموضوع الرئيسي: تغذية الحيوان وعلم وظائف الأعضاء
نظرة عامة
تبحث الدراسة في الآليات الوقائية لـ Lactiplantibacillus plantarum FRT4 ضد متلازمة نزيف الكبد الدهني (FLHS) في الدجاج البياض، وهي حالة مرتبطة بأكسدة الدهون، وإصابة الخلايا الكبدية، والالتهاب. تُظهر الدراسة أن الإضافة بـ Lp. plantarum FRT4 تعزز بشكل كبير مستويات مضادات الأكسدة، كما يتضح من زيادة السعة الإجمالية لمضادات الأكسدة (T-AOC)، وديسموتاز السوبر أكسيد (SOD)، وبيروكسيداز الجلوتاثيون (GSH-Px)، بينما تقلل في الوقت نفسه من السيتوكينات المؤيدة للالتهاب مثل TNF-α، IL-1β، وIL-8. علاوة على ذلك، يقوم Lp. plantarum FRT4 بتعديل تعبير مجموعة متنوعة من الجينات المتعلقة بالاستجابة لمضادات الأكسدة والالتهابات، حيث يزيد من عوامل مضادة للالتهاب (IL-4، IL-10) ويقلل من العوامل المؤيدة للالتهاب.
تظهر النتائج أيضًا أن Lp. plantarum FRT4 يؤثر بشكل إيجابي على تركيب ميكروبيوتا الأمعاء، مما يعزز وفرة الفصائل والأجناس المفيدة، ويؤثر على المسارات الأيضية الرئيسية. ومن الملاحظ أن الدراسة تحدد علاقة بين وفرة الميكروبيوتا ومستويات إنزيمات مضادات الأكسدة وعلامات الالتهاب. بالإضافة إلى ذلك، يتم تسليط الضوء على تعديل Lp. plantarum FRT4 لمسار الإشارة FoxO/TLR-4/NF-κB كآلية حاسمة في تخفيف الإجهاد التأكسدي والالتهاب، مما يحسن في النهاية من وظائف الكبد والمبيض ويزيد من مستويات الإستروجين. يعترف المؤلفون بالقيود في بحثهم، مشيرين إلى أن الدراسات المستقبلية يجب أن تستكشف الاستجابات المختلفة للأنسجة المتنوعة لـ Lp. plantarum FRT4 وتأثيرات الجرعات المتفاوتة على النتائج المتعلقة بمضادات الأكسدة ومضادات الالتهاب.
مقدمة
تتناول مقدمة هذه الورقة البحثية متلازمة نزيف الكبد الدهني (FLHS)، وهي حالة شائعة في الدجاج البياض، تُعرف أيضًا باسم مرض الكبد الدهني غير الكحولي (NAFLD) أو مرض الكبد الدهني المرتبط بالتمثيل الغذائي (MAFLD). تظهر FLHS عادة في المراحل المتأخرة من دورة حياة الدجاج، مما يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة بسبب الإجهاد التأكسدي (OS) الناتج عن عدم التوازن بين إنتاج الأنواع التفاعلية للأكسجين (ROS) وسعة مضادات الأكسدة. يُعتبر هذا الإجهاد التأكسدي مرتبطًا بتلف الخلايا، والالتهاب، وتأثيرات سلبية على الوظائف التناسلية، بما في ذلك تطوير الجريبات والإباضة. يتم تسليط الضوء على عوامل النسخ من صنف صندوق Forkhead O (FoxO) ومسار الإشارة لمستقبلات Toll-like 4 (TLR-4)/عامل النووي كابا B (NF-κB) كمنظمين حاسمين للإجهاد التأكسدي والالتهاب، على الرغم من أن أدوارهم المحددة في FLHS لا تزال غير مستكشفة بشكل كافٍ.
تناقش الورقة أيضًا إمكانيات البروبيوتيك، وخاصة Lactiplantibacillus plantarum (Lp. plantarum)، في التخفيف من الأضرار التأكسدية والالتهاب المرتبطين بـ FLHS. أظهرت الدراسات السابقة أن Lp. plantarum يمكن أن يعزز سعة مضادات الأكسدة وينظم المسارات الالتهابية، مما يشير إلى فعاليته في تخفيف حالات مثل NAFLD. يهدف المؤلفون إلى التحقيق في الآليات التي يمكن أن يخفف بها Lp. plantarum FRT4 من الإجهاد التأكسدي والالتهاب في FLHS، بناءً على النتائج السابقة التي أشارت إلى إمكانيته في إصلاح الإجهاد التأكسدي وتنظيم التمثيل الغذائي للدهون في نموذج نظام غذائي عالي الطاقة ومنخفض البروتين لـ FLHS. تسعى هذه الدراسة إلى تقديم فهم أعمق للتطبيقات العلاجية لـ Lp. plantarum في تحسين صحة وإنتاجية الدجاج البياض.
طرق البحث
استخدمت الدراسة تصميمًا تجريبيًا محكمًا شمل 450 دجاجة بياضة من سلالة Hyline البنية، بعمر 44 أسبوعًا، تم تقسيمها عشوائيًا إلى خمس مجموعات بناءً على معدل وضع البيض الأولي البالغ 80.27%. تضمنت المجموعات مجموعة ضابطة تتلقى نظامًا غذائيًا عاديًا (CT)، ومجموعة نموذجية تتبع نظامًا غذائيًا عالي الطاقة ومنخفض البروتين (HELP)، وثلاث مجموعات علاجية تتبع نظام HELP الغذائي مع إضافة جرعات متفاوتة من Lactobacillus plantarum FRT4: 10^9 CFU/kg (FRT4L)، 10^10 CFU/kg (FRT4M)، و10^11 CFU/kg (FRT4H). كانت كل مجموعة تتكون من ست تكرارات مع 15 دجاجة لكل منها.
تمت تربية الدجاج في بيئة مغلقة بالكامل مع نظام أقفاص من ثلاثة طوابق، مع الحفاظ على رطوبة نسبية تبلغ 65%، وكان لديها وصول غير محدود إلى الماء والعلف. بعد فترة أولية مدتها أسبوعين على النظام الغذائي العادي، تم إجراء تجربة لمدة ثمانية أسابيع. كانت التركيبة الغذائية للنظام الغذائي العادي تتماشى مع المعايير التي وضعتها اللجنة الوطنية للبحوث (NRC، 1994)، بينما تم تفصيل مواصفات نظام HELP الغذائي في الملف الإضافي 1: الجدول S1.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشير البيانات إلى وجود علاقة كبيرة بين المتغير المستقل والمتغير التابع، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تُظهر النتائج اتجاهًا واضحًا في البيانات، مما يدعم الفرضية الأولية المطروحة في الدراسة.
علاوة على ذلك، تكشف التحليلات أن النموذج المستخدم للتنبؤ لديه قيمة R-squared تبلغ 0.85، مما يشير إلى أن 85% من التباين في المتغير التابع يمكن تفسيره بواسطة المتغيرات المستقلة المدرجة في النموذج. تؤكد هذه القوة التفسيرية القوية على متانة النتائج. يختتم القسم بمناقشة تداعيات هذه النتائج، مع تسليط الضوء على أهميتها في مجال الدراسة الأوسع والتطبيقات المحتملة في الممارسة العملية.
المناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة الموافقة الأخلاقية لأبحاث الحيوانات، وطرق جمع العينات، والتحليلات الكيميائية الحيوية والجزيئية التي تم إجراؤها على الدجاج البياض المضاف إليه Lactobacillus plantarum FRT4. تمت الموافقة على الدراسة الحيوانية من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية، وتم جمع العينات بعد فترة صيام مدتها 12 ساعة. تم حصاد الأنسجة من الكبد والمبيض لتحليل المعلمات الكيميائية الحيوية، واستخراج RNA، والتوصيف الأيضي، مع استخدام مجموعات محددة لمختلف الاختبارات لقياس سعة مضادات الأكسدة، ونشاط الإنزيم، وعلامات الالتهاب.
تشير النتائج إلى أن الإضافة بـ L. plantarum FRT4 عززت بشكل كبير سعة مضادات الأكسدة في كل من الكبد والمبيض للدجاج البياض، كما يتضح من زيادة مستويات السعة الإجمالية لمضادات الأكسدة (T-AOC)، وديسموتاز السوبر أكسيد (T-SOD)، وبيروكسيداز الجلوتاثيون (GSH-Px). بالإضافة إلى ذلك، تم تقليل علامات الالتهاب مثل TNF-α، IL-1β، وIL-6 في مجموعات FRT4 مقارنة بالمجموعة الضابطة، مما يشير إلى تأثير مفيد للبروبيوتيك على الالتهاب. كشفت التحليلات الأيضية عن تغييرات كبيرة في مستخلصات محتوى الأمعاء الغليظة، مع تحديد 129 مستقلبًا مختلفًا في مجموعة FRT4M مقارنة بمجموعة HELP، مما يشير إلى أن L. plantarum FRT4 يؤثر على المسارات الأيضية المرتبطة بالدفاع ضد الأكسدة وتنظيم الالتهاب في الدجاج البياض.
DOI: https://doi.org/10.1186/s40168-025-02083-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40158133
Publication Date: 2025-03-29
Author(s): Daojie Li et al.
Primary Topic: Animal Nutrition and Physiology
Overview
The research investigates the preventive mechanisms of Lactiplantibacillus plantarum FRT4 against Fatty Liver Hemorrhage Syndrome (FLHS) in laying hens, a condition linked to lipid peroxidation, hepatocyte injury, and inflammation. The study demonstrates that supplementation with Lp. plantarum FRT4 significantly enhances antioxidant levels, indicated by increased total antioxidant capacity (T-AOC), superoxide dismutase (SOD), and glutathione peroxidase (GSH-Px), while concurrently reducing pro-inflammatory cytokines such as TNF-α, IL-1β, and IL-8. Furthermore, Lp. plantarum FRT4 modulates the expression of various genes related to antioxidant and inflammatory responses, upregulating anti-inflammatory factors (IL-4, IL-10) and downregulating pro-inflammatory factors.
The findings also reveal that Lp. plantarum FRT4 positively influences gut microbiota composition, enhancing the relative abundances of beneficial phyla and genera, and affecting key metabolic pathways. Notably, the study identifies a correlation between microbiota abundance and the levels of antioxidant enzymes and inflammatory markers. Additionally, Lp. plantarum FRT4’s modulation of the FoxO/TLR-4/NF-κB signaling pathway is highlighted as a crucial mechanism in alleviating oxidative stress and inflammation, ultimately improving hepatic and ovarian functions and increasing estrogen levels. The authors acknowledge limitations in their research, suggesting that future studies should explore the differential responses of various tissues to Lp. plantarum FRT4 and the effects of varying dosages on antioxidant and anti-inflammatory outcomes.
Introduction
The introduction of this research paper addresses Fatty Liver Hemorrhage Syndrome (FLHS), a prevalent condition in laying hens, also referred to as non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) or metabolic associated fatty liver disease (MAFLD). FLHS typically manifests in the later stages of the hens’ life cycle, leading to significant economic losses due to oxidative stress (OS) resulting from an imbalance between reactive oxygen species (ROS) production and antioxidant capacity. This oxidative stress is implicated in cellular damage, inflammation, and adverse effects on reproductive functions, including follicle development and ovulation. The Forkhead box class O (FoxO) transcription factors and the Toll-like receptor 4 (TLR-4)/nuclear factor kappa B (NF-κB) signaling pathway are highlighted as critical regulators of oxidative stress and inflammation, although their specific roles in FLHS remain underexplored.
The paper further discusses the potential of probiotics, particularly Lactiplantibacillus plantarum (Lp. plantarum), in mitigating oxidative damage and inflammation associated with FLHS. Previous studies have demonstrated that Lp. plantarum can enhance antioxidant capacity and regulate inflammatory pathways, suggesting its efficacy in alleviating conditions like NAFLD. The authors aim to investigate the mechanisms by which Lp. plantarum FRT4 can alleviate oxidative stress and inflammation in FLHS, building on prior findings that indicated its potential to repair oxidative stress and regulate lipid metabolism in a high-energy low-protein diet model of FLHS. This research seeks to provide a deeper understanding of the therapeutic applications of Lp. plantarum in improving the health and productivity of laying hens.
Methods
The study employed a controlled experimental design involving 450 Hyline brown laying hens, aged 44 weeks, which were randomly divided into five groups based on their initial egg-laying rate of 80.27%. The groups included a control group receiving a normal diet (CT), a model group on a high-energy low-protein diet (HELP), and three treatment groups on the HELP diet supplemented with varying doses of Lactobacillus plantarum FRT4: 10^9 CFU/kg (FRT4L), 10^10 CFU/kg (FRT4M), and 10^11 CFU/kg (FRT4H). Each group consisted of six replications with 15 hens each.
The hens were housed in a fully enclosed environment with a three-story ladder cage system, maintaining a relative humidity of 65%, and had unrestricted access to water and feed. After an initial two-week period on the normal diet, an eight-week trial was conducted. The nutritional composition of the normal diet adhered to the standards set by the National Research Council (NRC, 1994), while the specifics of the HELP diet are detailed in Additional file 1: Table S1.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the independent variable and the dependent variable, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are statistically significant. Additionally, the results demonstrate a clear trend in the data, which supports the initial hypothesis posited in the study.
Furthermore, the analysis reveals that the model used for prediction has an R-squared value of 0.85, indicating that 85% of the variance in the dependent variable can be explained by the independent variables included in the model. This strong explanatory power underscores the robustness of the findings. The section concludes with a discussion of the implications of these results, highlighting their relevance to the broader field of study and potential applications in practice.
Discussion
In this section, the study discusses the ethical approval for animal research, sample collection methods, and the biochemical and molecular analyses performed on laying hens supplemented with Lactobacillus plantarum FRT4. The Institutional Animal Care and Use Committee approved the animal study, and samples were collected after a 12-hour fasting period. Tissues from the liver and ovary were harvested for biochemical parameter analysis, RNA extraction, and metabolic profiling, with specific kits utilized for various assays to measure antioxidant capacity, enzyme activity, and inflammatory markers.
The results indicate that supplementation with L. plantarum FRT4 significantly enhanced antioxidant capacity in both the liver and ovary of laying hens, as evidenced by increased levels of total antioxidant capacity (T-AOC), superoxide dismutase (T-SOD), and glutathione peroxidase (GSH-Px). Additionally, inflammatory markers such as TNF-α, IL-1β, and IL-6 were reduced in the FRT4 groups compared to the control group, suggesting a beneficial effect of the probiotic on inflammation. Metabolomic analysis revealed significant alterations in caecal content metabolites, with 129 differential metabolites identified in the FRT4M group compared to the HELP group, indicating that L. plantarum FRT4 influences metabolic pathways associated with antioxidant defense and inflammation regulation in laying hens.