CN112450330A - 青藤碱在防治豆粕饲料引起的鱼类肠肝炎症中的应用 - Google Patents

青藤碱在防治豆粕饲料引起的鱼类肠肝炎症中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了青藤碱在防治豆粕诱导的鱼类肠炎和肝脏炎症中的应用，结合草鱼疾病建模的肠组织转录组结果与整合生物信息学分析，推测青藤碱是潜在的防治豆粕诱导肠肝炎症的药物；经斑马鱼动物试验证明，青藤碱通过饲料添加，抑制肠道炎症，减轻肝脏病变（脂肪肝或纤维化），从而缓解豆粕饲料引起肠肝炎症，同时从提高鱼体躯干脂肪含量的角度恢复生长，因而加青藤碱都可作为新型的具有抗肠肝炎症效果的饲料添加剂。

Description

青藤碱在防治豆粕饲料引起的鱼类肠肝炎症中的应用
技术领域
本发明属于水产营养学领域，具体涉及青藤碱在防治豆粕诱导的鱼类肠肝炎症中的应用。
背景技术
水产动物肠炎病是导致水产养殖经济损失的主要疾病之一。水产动物尤其是鱼虾，都需要在其饲料中添加鱼粉等动物性蛋白质，然而鱼粉资源的逐年紧缺已成为限制我国水产养殖业可持续发展的关键因素，因此使用植物蛋白源替代鱼粉并提高其利用率，是水产养殖业发展的必然选择。但是植物蛋白质源，如豆粕、棉粕等，替代鱼粉比例过大时普遍会诱发鱼类肠道炎症、肝脏病变及生长下降，使得植物蛋白源在水产动物饲料中的应用受到限制。有研究表明，豆粕在草食性鱼类草鱼饲料中替代量最大为60％，在杂食性鱼类鲤鱼和胡子鲶的饲料中替代量最大为45％。而豆粕在肉食性军曹鱼中替代量最大达到10％对健康无影响，当替代比例为20％、30％时，则对其生长、增重率、饲料系数、成活率以及肥满度影响显著。
目前有关鱼类肠粘膜免疫系统对植物蛋白源的应答和免疫调节的研究主要集中在豆粕诱导的肠炎(soybean meal-induced enteritis,SBMIE)和肝胆综合征，长期表现为生长抑制。肠与肝的功能息息相关，肝脏通过来自肠道的门静脉血液行使营养吸收和解毒功能，同时肝脏分泌胆汁进入肠道帮助消化食物，肠和肝共同构成营养吸收与免疫屏障，已在医学上称为“肠肝轴”(Milosevic,I.,A.Vujovic,A.Barac,M.Djelic,M.Korac,A.Radovanovic Spurnic,I.Gmizic,O.Stevanovic,V.Djordjevic,N.Lekic,E.Russo andA.Amedei(2019)."Gut-Liver Axis,Gut Microbiota,and Its Modulation in theManagement of Liver Diseases:A Review of the Literature."Int J Mol Sci20(2).)。目前，报道产生豆粕引起肠炎及相关症状的鱼类包括，鲑鳟鱼类，如大西洋鲑和虹鳟，以及鲤科鱼类，如斑马鱼和鲤鱼，还有鲶鱼类，如黄颡鱼等。而对鱼类食源性肠炎肝炎症的缓解/抑制机理及相应药理研究还处于起步阶段，且效果不稳定。
目前，在生产中应用的多的是具有广谱治疗效果的抗生素和中药制剂，而有针对性的肠炎药物还非常缺乏。大量、长期地使用抗生素药物，极容易产生耐药菌株，导致局部地区鱼类肠炎病频频暴发，出现用药量加大和久治不愈等现象。药量加大及药残也造成水产动物潜在性地危害人体健康。因而迫切需要替代抗生素，从鱼体自身的肠粘膜免疫机理来寻找线索，进而达到无公害治疗鱼类肠炎的目的。
鱼类肠黏膜中存在肠神经系统(enteric nervous system)，其和免疫系统能够交互作用，形成调节控制消化道功能的独立整合系统。肠黏膜下层的淋巴细胞，如T、B淋巴细胞，还包括先天性淋巴细胞，与神经纤维之间是密切接触的，存在免疫和神经交互的局部环路。神经细胞和免疫细胞的相互作用依赖细胞以及可溶分子的接触，如细胞因子、趋化因子、神经肽、神经营养因子等的信号传递，而免疫细胞也可表达神经递质的受体，因而能够感受神经递质，进而调控免疫反应。
因而，肠道神经免疫环路中胆碱能抗炎通路(cholinergic anti-inflammatorypathway，CAIP)发挥了重要作用，其抗炎效应反应时间非常短，它能够快速而直接地调节全身性炎症反应。迷走神经或具有胆碱乙酰转移酶的免疫细胞激活后可释放乙酰胆碱，通过乙酰胆碱受体(nAchR-alpha7)刺激T/B淋巴细胞、巨噬细胞、粒细胞、树突细胞等免疫细胞，抑制促炎因子的释放，从而完成免疫抑制作用。而nAchR-alpha7激活后，主要通过2个信号通路来影响免疫细胞，即NF-κB及Jak/STAT路径。青藤碱通过α7nAChR发挥抗炎作用，通过抑制Th1、Th2等炎性淋巴细胞可常用于治疗风湿、类风湿疾病等(程虹,夏冰.青藤碱通过调节Th1和Th2细胞因子减轻三硝基苯磺酸诱发的小鼠结肠炎[C]//中华医学会全国消化病学术会议.2007.)。最近还在小鼠中发现青藤碱通过抑制TLR/NF-κB信号传导，来发挥对TNBS诱导的结肠炎的缓解作用(Xiong,H.,L.Tian,Z.Zhao,S.Chen,Q.Zhao,J.Hong,Y.Xie,N.Zhouand Y.Fu(2017)."The sinomenine enteric-coated microspheres suppressed theTLR/NF-kappaB signaling in DSS-induced experimental colitis."Int Immunopharmacol50:251-262.)，并可降低肠炎主效细胞因子IL17(程虹,蒋巧俐,吴东方.青藤碱对TNBS诱导的慢性小鼠结肠炎的治疗作用[J].中国药师,2017(3).)。青藤碱可促进肠上皮细胞系Caco-2的吸收功能(Lu,Z.,W.Chen,A.Viljoen and J.H.Hamman(2010)."Effect of sinomenine on the in vitro intestinal epithelial transport ofselected compounds."Phytother Res24(2):211-218.)，并且在大鼠中可通过诱导产生血管活性肠多肽，经由a7nAChR-PI3K/Akt/mTOR通路发挥神经免疫调节作用从而抑制炎症(Yue,M.,X.Zhang,Y.Dou,Z.Wei,Y.Tao,Y.Xia and Y.Dai(2018)."Gut-SourcedVasoactive Intestinal Polypeptide Induced by the Activation of alpha7Nicotinic Acetylcholine Receptor Substantially Contributes to the Anti-inflammatory Effect of Sinomenine in Collagen-Induced Arthritis."Front Pharmacol9:675.)。另一方面，青藤碱对肝脏的保护作用在哺乳类也有见少量报道，包括抑制肝癌(Lu,X.L.,J.Zeng,Y.L.Chen,P.M.He,M.X.Wen,M.D.Ren,Y.N.Hu,G.F.Lu and S.He(2013)."Sinomenine hydrochloride inhibits human hepatocellular carcinoma cellgrowth in vitro and in vivo:involvement of cell cycle arrest and apoptosisinduction."Int J Oncol42(1):229-238.)和缓解缺血引起肝损伤(Song,S.,X.Shen,Y.Tang,Z.Wang,W.Guo,G.Ding,Q.Wang and Z.Fu(2010)."Sinomenine pretreatmentattenuates cold ischemia/reperfusion injury in rats:the role of hemeoxygenase-1."Int Immunopharmacol10(6):679-684.)。青藤碱在哺乳动物体内的消除相半衰期约为196min(关昊,邵继征.微透析技术研究盐酸青藤碱在家兔体内的药动学特征[J].今日药学,2017(10):22-25.)，因而只要停止使用即可快速清除残留在水生动物产品中。
基于青藤碱对哺乳动物的肠炎或肝炎的作用，并结合胆碱能抗炎通路起始的关键受体AchR的进化分析结果，发现常见养殖鱼类普遍存在胆碱受体，并且无论是鱼类之间还是与哺乳类比较，蛋白序列相似度很高，推测鱼类也可能存在胆碱能的抗炎过程。因此，申请人建立了斑马鱼的模型，用以验证青藤碱对鱼类因豆粕饲料引起的肠肝炎症是否有作用，挖掘可用于养殖鱼类食源性肠炎及肝脏症状的治疗的饲料添加的药物。
本发明发现青藤碱对鱼类食源性肠炎和肝炎的治疗作用具体来说，能够恢复肠绒毛的形态并且减少炎性细胞浸润，同时在肝脏中可以显著提高网状内皮结构的致密度，即减轻肝脏纤维化症状，此外还能恢复体脂含量等生长指标。基于我们在模式生物斑马鱼中的发现以及应用经验，青藤碱可用于防治豆粕饲料引起的鱼类肠肝炎症，并且从另一方面来说可以替代目前常用的抗生素类肠炎药物，减少环境污染和药物残留，在水产领域具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供了青藤碱在防治豆粕饲料引起的养殖鱼类肠肝炎症中的应用，青藤碱能够恢复肠绒毛的形态并且减少炎性细胞浸润，同时在肝脏中可以显著提高网状内皮结构的致密度，即减轻肝脏纤维化症状，此外还能恢复体脂含量等生长指标，其应用方法为饲料添加剂。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
青藤碱在防治豆粕饲料引起的鱼类肠肝炎症中的应用：
在豆粕替代50％蛋白源的饲料中添加青藤碱15～60ppm，连续饲喂杂食性鱼类斑马鱼4周(每天早晚各一次)后用MS-222麻醉，一方面解剖取后肠组织样品通过H.E.染色检验防治效果，另一方面采用3D micro-CT活体检测其躯干低密度区域来反映其脂肪含量的比例。结果表明，饲料中添加浓度为15～60ppm的青藤碱具有缓解豆粕引起的肠肝炎症的效果，并能够部分恢复豆粕饲料引起的鱼体躯干的脂肪沉积剧烈下降的负面效应。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
本发明首次提出青藤碱在防治豆粕饲料引起养殖鱼类肠肝炎症中的应用，采用青藤碱作为鱼类饲料添加剂使用时，避免了抗生素类药物的残留及环境安全性问题，无毒副作用，符合绿色渔药标准，可广泛应用于豆粕等含有植物蛋白源的饲料中，用于提高水生动物肠粘膜免疫力，预防饲料引起的肠炎和肝脏炎症，进而提高生长效率，同时比添加鱼粉降低成本。青藤碱通过添加至鱼饲料，可抑制肠道炎症，同时维持肝脏网状内皮系统的结构完整，因而可作为一种新型的具有抗肠肝炎症效果的饲料添加剂。
附图说明
图1为常见养殖鱼类的乙酰胆碱受体AchR蛋白的NJ树进化分析。以最常见的nAchR-alpha7亚单位进行进化分析，除了草鱼的nAchR-alpha7蛋白来自中国科学院水生生物研究所草鱼基因组数据库，基因号为CI_GC_10747和CI_GC_18333；其他鱼类的都来自NCBI，它们的序列号分别为：斑马鱼nAchR-alpha7蛋白(AAO91913.1)、斑马鱼nAchR-alpha7-like蛋白(图示AchR2，序列号为XP_005174278.4)、鲤鱼nAchR-alpha7同源蛋白(KTF81060.1)、鲱鱼nAchR-alpha7蛋白(XP_012674679.1)、鲃鱼nAchR-alpha7蛋白(XP_016140050.1)、大西洋鲑nAchR-alpha7蛋白(XP_013979444.1)、虹鳟nAchR-alpha7蛋白(XP_021421301.1)、北极红点鲑nAchR-alpha7蛋白(XP_023840673.1)、斑点叉尾鲴nAchR-alpha7蛋白(XP_017332872.1)、黄鳝nAchR-alpha7蛋白(XP_020461482.1)、大黄鱼nAchR-alpha7蛋白(XP_019113632.1)、罗非鱼nAchR-alpha7蛋白(XP_003450802.1)。哺乳类的nAchR-alpha7包括人类的nAchR-alpha7蛋白(AAA83561.1)、小鼠(AAF35885.1)、大鼠(NP_036964.3)。作为外类群的虾虎鱼的该蛋白也来自NCBI，序列号为XP_015829068.1。
图2为草鱼豆粕诱导肠炎各阶段后肠转录组都存在乙酰胆碱抗炎通路的激活。在神经递质与受体相互作用(neuroactive ligand-receptor interaction)的KEGG通路中，左边第一列的第一个神经递质Acetylcholine即为乙酰胆碱，灰色的框为检测到转录本的基因。
图3为斑马鱼豆粕饲料添加不同浓度加青藤碱后其后肠和肝脏的组织形态恢复情况。FM：鱼粉饲料组(阴性对照)；SBM：豆粕饲料组(阳性对照)；SN 2ppm：添加2ppm青藤碱的豆粕饲料组；SN 15ppm：添加15ppm青藤碱的豆粕饲料组；SN 60ppm：添加60ppm青藤碱的豆粕饲料组。
图4为斑马鱼豆粕饲料添加不同浓度青藤碱后其体脂含量的3Dmicro-CT分析。FM：鱼粉饲料组(阴性对照)；SBM：豆粕饲料组(阳性对照)；SN15ppm：添加15ppm青藤碱的豆粕饲料组。黄色区域为脂肪组织(从密度来划分)。箭头指出了豆粕组在肝脏区域的典型病兆，脂肪肝或者纤维化。N＝3。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，但不应理解为对本发明的限制。在实施例中涉及的所有分子生物学操作方法若未特别说明，均为本领域技术人员所熟知的常规方法。
以下为实施例中涉及的试验材料、试剂及仪器设备：
1.青藤碱(西安汇林生物科技有限公司)
2.后肠或肝脏组织显微形态分析采用石蜡切片，所用超薄切片机型号为UC7(德国Leica)
3.组织切片染色用H.E.染液(深圳市达科为生物技术有限公司)
4.鱼类麻醉剂MS-222(Sigma)
5.小动物活体成像使用仪器为Micro-CT影像系统(Bruker)
6.所有化学试剂均来自国药试剂。
实施例1常见养殖鱼类的乙酰胆碱受体蛋白的进化分析
青藤碱，通过结合乙酰胆碱受体，来传导信号以激活胆碱能抗炎通路。因此，为了论证养殖鱼类中乙酰胆碱抗炎通路的广泛存在，我们对常见养殖鱼类的乙酰胆碱受体nAchR-alpha7进行了蛋白序列比对和构建NJ树进化分析。乙酰胆碱受体nAchR-alpha7蛋白在草鱼基因组(http://bioinfo.ihb.ac.cn/gcgd)中找到2个基因，并下载其编码序列。其他的鱼类乙酰胆碱受体nAchR-alpha7蛋白序列均来自NCBI。胆碱能抗炎通路中乙酰胆碱受体nAchR-alpha7蛋白在鱼类的进化分析表明(见图1)，常见的养殖鱼类都具有该受体，且蛋白氨基酸序列相似度很高(80％-100％)，比如在图1进化树中进化距离最远的鲤科鱼鲤鱼与鲑鳟鱼类的大西洋鲑，蛋白序列相似度为84％。而且，鱼类与哺乳类的蛋白序列相似度>70％，比如在图1进化树中进化距离最远的鲤科鱼斑马鱼和哺乳类小鼠，蛋白序列相似度为73％。除了草鱼nAchR-alpha7蛋白来自中国科学院水生生物研究所草鱼基因组数据库；其他鱼类(包括斑马鱼Danio rerio、鲤鱼Cyprinus carpio、鲱鱼Clupea harengus、金线鲃Sinocyclocheilusgrahami、斑点叉尾鲴Ictalurus punctatus、黄鳝Monopterusalbus、大黄鱼Larimichthyscrocea、罗非鱼Oreochromis niloticus、大西洋鲑Salmo salar、虹鳟Oncorhynchus mykiss、北极红点鲑Salvelinus alpinus、虾虎鱼Nothobranchiusfurzeri)以及哺乳类(包括人类Homo sapiens、大鼠Rattus norvegicus、小鼠Mus musculus)的nAchR-alpha7蛋白都来自NCBI。因而，可推测常见的各种食性的养殖鱼类都存在胆碱激活抗炎通路所必须的乙酰胆碱受体。
因而，根据以上胆碱受体的进化分析，可推测对于具有乙酰胆碱受体的各种食性的养殖鱼类(比如草食的草鱼、杂食的罗非鱼、肉食的鲑鳟鱼)发生的因豆粕引起的肠炎和肝脏炎症(脂肪肝或纤维化)，青藤碱很可能都具有保护作用。本发明涉及的鱼类具体包括鲤科鱼类，如草鱼、青鱼、鲢、鳙、鲤、鲫、团头鲂等，以及鲑鳟鱼类，如大西洋鲑、虹鳟等，还包括罗非鱼、斑点叉尾鮰、黄鳝、大黄鱼等常见养殖鱼类。
实施例2青藤碱作为饲料添加剂在缓解豆粕诱导的斑马鱼肠肝炎症中的应用
草鱼转录组的KEGG通路分析暗示鱼类胆碱能抗炎通路存在：40％豆粕替代鱼粉组草鱼的肠道炎症在第5周开始至7周具有可自我恢复的能力。在其病程各阶段，包括0天、3周、5周、7周，取后肠组织测转录组，其中KEGG通路中分析结果表明，在豆粕诱导的肠炎发生和消退过程中乙酰胆碱(Acetylcholine)通路都有激活(图2)，暗示鱼类胆碱能抗炎通路可能存在。
1、斑马鱼模型中添加青藤碱的实验饲料配方、制备方法
表1斑马鱼SBMIE建模及青藤碱添加实验饲料配方
Figure BDA0002193937500000071
FM为对照鱼粉饲料，50SBM为本实施例所用的豆粕饲料(50％替代蛋白源)，50SBM+2ppm SN为添加2ppm青藤碱的豆粕饲料，50SBM+15ppm SN为添加15ppm青藤碱的豆粕饲料，50SBM+60ppm SN为添加60ppm青藤碱的豆粕饲料。
制备方法如下：
(1)将鱼粉、豆粕、淀粉、面粉、纤维素、矿物质预混料、维生素预混料等过60目筛，其中鱼粉、豆粕、矿物质混合物中可能存在较大颗粒如鱼骨和豆皮等，应粉碎后过60目筛；对于含量较少的维生素、矿物质：VD3、VK3、VB12、硫胺素、VB6、叶酸、硫酸铜和亚硒酸钠需稀释20倍配预混料；青藤碱需要稀释100倍配预混料；所述的每千克矿物质混合物含(g)：硫酸镁(MgSO4·2H2O)60.530g，硫酸亚铁(FeSO4·H2O)23.110g，硫酸铜(CuSO4·5H2O)0.010g，硫酸锌(ZnSO4·H2O)0.620g，硫酸锰(MnSO4·H2O)1.640g，碘化钾(KI)0.070g，亚硒酸钠(NaSeO3)0.005g，用淀粉调节到1kg；所述的每千克维生素预混物中含(g)：维生素B1(Thiamin)0.05，维生素B2(Riboflavin)0.55，维生素B6(pyridoxine)0.59，维生素B12(cyanocobalamine)0.83，泛酸(pantothenic acid)2.89，叶酸(folic acid)0.40，肌醇(inositol)19.39，烟酸(niacin)2.24，生物素(biotin)4.91，维生素C(ascorbic)7.16，维生素A(vitamin A)2.40，维生素D(vitamin D)0.40，维生素E(vitamin E)12.55，维生素K(Vitamin K)0.80，用淀粉调节到1kg；
(2)根据饲料配方中各组份重量百分比的要求分别按比例称取鱼粉、豆粕、淀粉、面粉、纤维素、矿物质预混料、维生素预混料以及青藤碱预混料；
(3)将称取的鱼粉、豆粕、淀粉、纤维素和面粉，充分搅拌混合均匀；
(4)将矿物质预混料、维生素预混料、青藤碱预混料加入步骤(3)中的混合物继续搅拌，尽量混合均匀；
(5)将鱼油加入步骤(4)中的混合物，充分搅拌，混合均匀；
(6)用喷壶加入适量的纯净水(10％)到步骤(5)中的混合物，继续进行搅拌，混合均匀，获得一种混合物；
(7)用制粒机将步骤(6)中混合物制成粒径为0.4-0.6mm的颗粒；将制成的颗粒放到烘干机中进行烘干，温度控制在58-60℃，烘干至含水量10％左右；烘干后粉碎过15-35目筛，得到相应规格的颗粒饲料，包装放置在-20℃冰箱保存。
2、所有的试验斑马鱼(2月龄成鱼)用鱼粉组饲料饲喂2周后，按照分组分别饲喂对应组的饲料3周，每次缓缓投食，至不再抢食，采食量约为23mg每条鱼每天，试验阶段斑马鱼生长发育正常，存活率98％以上。
3、肠肝病理检测：用MS-222麻醉(浓度0.1mg/ml)，解剖取肠道样品H.E.染色，进行病理切片形态分析。
结果表明：在各组斑马鱼，包括鱼粉组、豆粕组、豆粕+青藤碱2ppm组、豆粕+青藤碱15ppm组、豆粕+青藤碱60ppm组，取后肠组织(n＝3)固定，将后肠组织进行梯度脱水和浸蜡、石蜡包埋、切片(5微米)，进行H.E.染色，在正置显微镜白光下进行形态观察，实验结果(见图3)表明在50％豆粕替代饲料中添加15-60ppm青藤碱可缓解豆粕引起的鱼类肠肝炎症。具体来说，60ppm组比15ppm组的肠绒毛结构恢复的更好，表现为肠绒毛的高度更大，炎性细胞浸润彻底消失(特别是上皮细胞层，仅在固有层保留一些淋巴样细胞)。而对于肝脏结构，即网状内皮中细胞填充的致密性来说，15ppm组的效果比60ppm要好，提示15ppm添加量时肝细胞更为健康，对于肝脏的基本功能(营养吸收、解毒、分泌胆汁等)更有保障。
实施例3青藤碱作为饲料添加剂在恢复豆粕诱导的斑马鱼生长抑制中的应用
1、斑马鱼模型中添加青藤碱的实验饲料配方、制备方法，斑马鱼SBMIE建模及青藤碱添加实验饲料配方及配置方法同实施例2。
2、所有的试验斑马鱼(2月龄成鱼)用鱼粉组饲料饲喂2周后，按照分组分别饲喂对应组的饲料3周，每次缓缓投食，至不再抢食，采食量约为23mg每条鱼每天，试验阶段斑马鱼生长发育正常，存活率98％以上。
3、生长性能测定，采用活体3Dmicro-CT来分析斑马鱼躯干部分(鳃盖后至泄殖孔)获得的脂肪组织含量及占比，以体现青藤碱饲料添加对于鱼类生长方面的影响。
结果表明(见图4)，添加青藤碱的豆粕饲料具有帮助鱼体从豆粕饲料引起的抑制脂肪沉积症状恢复，具体表现为青藤碱在15ppm添加量可部分恢复豆粕饲料引起的体脂含量，达到成倍增加体脂沉积的效果(见表2)。同时，添加青藤碱能够避免豆粕饲料引起的肝脏区域密度下降(可能是脂肪肝或纤维化)(见图4箭头)以及肝组织萎缩(解剖时可观察到体积明显变小，颜色变白)的症状。
表2各组斑马鱼躯干部分的脂肪组织的含量及占比
Figure BDA0002193937500000091

Claims (3)

1.青藤碱作为饲料添加剂在缓解豆粕饲料引起的养殖鱼类肠炎和肝脏炎性病变中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，青藤碱的添加量为15-60ppm。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述的养殖鱼类为鲤科鱼。
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