科研 | 东北农业大学：转录组分析的应用: 氨暴露引起的氧化应激、炎症和微管活性障碍可能是鸡肠道微绒毛缺乏的主要因素（国人作品）

编译：秋刀鱼，编辑：十九、江舜尧。

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导读

氨气（NH3）是由化工厂和牧场中产生的最常见的有害气体，也是雾霾中的主要成分。然而，NH3对肠道的损伤作用仍不清楚。本研究中作者选取肉鸡为研究对象对其暴露于NH3中42天，评价了其对空肠形态变化、氧化应激指标和转录谱的影响。形态学观发现，NH3暴露引起了空肠微绒毛缺乏和中性粒细胞浸润。转录组测序确定了677个差异表达基因，其中358个显著上调和319个显著下调。KEGG和GO富集分析发现，NH3主要影响氧化应激、炎症反应，微管和营养运输等功能。通过验证发现，NH3可以激活CYP450酶系并抑制抗氧化酶活性，诱导肉鸡空肠氧化应激，从而促进肠道炎症反应、降低微管活性，进而破坏营养转运蛋白的平衡。本研究结果丰富了NH3诱导肠道损伤的机制，也为评估环境风险提供了新的思路。

论文ID

原名：Application of transcriptome analysis: Oxidative stress, inflammation andmicrotubule activity disorder caused by ammonia exposure may be the primaryfactors of intestinal microvilli deficiency in chicken

译名：转录组分析的应用:氨暴露引起的氧化应激、炎症和微管活性障碍可能是鸡肠道微绒毛缺乏的主要因素

期刊：Science of the Total Environment

IF: 5.589

发表时间：2019.12.31

通讯作者：徐世文教授

通讯作者单位：东北农业大学动物医学学院

DOI号：doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134035

结果

1.形态观察

HE染色发现对照组中的空肠绒毛形态正常，柱状上皮细胞紧密排列和微绒毛微完整（图1 A）。而NH3暴露后，肠绒毛出现了明显的损伤，微绒毛完整性遭到破坏并出现中性粒细胞浸润（图1 B）。另外，扫描电镜发现NH3暴露后肠道刷状缘微绒毛缺乏和粘性聚集，完整性遭到了明显破坏（图1 D），从而减少了空肠内表面积。而正常组肠道刷状缘显示比较完整（图1 C）。

图1. NH3暴露对鸡空肠形态的影响。

2.差异表达分析和KEGG、GO富集分析

数据经过筛选后，作者从对照组（C）和NH3处理组（N）中，鉴定出677个差异表达差异表达基因（DEG），包括358个上调的DEG和319个下调的DEG（图2）。

图2. 对照组和NH 3组鸡空肠中DEGs表达的热图。

采用David生物信息学软件（6.8版）对上调和下调的DEG进行进行分析（图3），从上调的DEGs中富集了8条通路（单纯疱疹感染，甲型流感，丙型肝炎，视黄醇代谢，矿物质吸收，异源生物细胞色素P450代谢；药物代谢-细胞色素P450和代谢途径）。从下调的DEG中丰富了9条通路（矿物质吸收；ABC转运蛋白；胆汁分泌；PPAR信号途径；酮体的合成和降解；氨基酸的生物合成；咖啡因代谢；错配修复和甘油脂代谢）。

图3. KEGG通路富集分析的热图。

GO富集分析，将下调基因富集到8个注释簇中（图4），其中注释群集2、10与氧化应激有关；注释簇4与免疫应答有关；注释簇14和微管活性有关。还发现，上调基因中的注释簇7和下调基因中的注释簇9具有相同的GO条目，均涉及刷状缘边界膜上的许多转运蛋白最后作者还列举了各簇中变化最大的前15个DEGs（图5）。

图4. GO富集分析注释集群热图。

图5. GO注释分析中富集到的15个DEGs。

3.抗氧化剂检测和转录组学验证

通过对DEGs的分析，研究者发现氧化应激可能与NH3暴露引起的空肠损伤有关。因此，作者检测了SOD和GPX活性、GSH和H2O2含量（图6A）。结果表明，与对照组相比，NH3暴露显著增加了SOD活性并抑制了GPX活性。同时，NH3处理显著降低了GSH，增加了H2O2含量。随后作者使用qRT-PCR验证了了5个氧化应激相关基因、5个炎症相关基因、5个微管活性相关基因和5个刷状缘膜转运蛋白的mRNA表达水平（图6 B）。结果发现RT-PCR的变化水平与RNA测序数据一致，表明转录组数据结果可靠。

图6. DEG的抗氧化系统检测和qRT-PCR。A：SOD和GPX的活性及GSH和H2O2的含量。B：DEG的qRT-PCR与RNA-seq比较。

结论

由于大量使用含氨肥料和牲畜排泄物的增加，过去七十年来全球NH3排放量翻了一倍。NH3可以直接灼伤鼻子、眼睛、呼吸器官的粘膜，并引发呼吸道功能障碍，包括支气管痉挛和肺肿胀。先前的研究还表明，NH3可以引起肝和肾的病变。但对NH3对肠的影响知之甚少。在本研究中，研究者发现NH3破坏鸡空肠刷缘的完整性，导致微绒毛丧失和炎性浸润。转录组测序表明，NH3可以诱发肠氧化应激和炎症，降低微管活性，破坏营养转运蛋白的平衡。这些结果为鸡体内NH3的免疫毒性奠定了基础。

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