Effects of Plant Essential Oil Combined with Tributyrin on Growth Performance, Blood Indices and Intestinal Morphology of Mice Challenged with Escherichia coli

MIAO Renfang; WU Kai; SUN Yuanzhi; LI Wei; WANG Yi; QU Yongli

doi:10.12418/CJAN2024.053

2024 , Vol. 36 >Issue 1: 592 - 601

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.053

RESEARCH PAPER

Effects of Plant Essential Oil Combined with Tributyrin on Growth Performance, Blood Indices and Intestinal Morphology of Mice Challenged with Escherichia coli

MIAO Renfang ,
WU Kai ,
SUN Yuanzhi ,
LI Wei ,
WANG Yi ,
QU Yongli ^,^*

Expand

Key Laboratory of Low-Carbon Green Agriculture in Northeastern China, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, College of Animal Science and Technology, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163000, China

* professor, E-mail: Ylqu007@126.com

Received date: 2023-07-18

Online published: 2024-01-12

Fold

Abstract

This study was conducted to investigate the effects of plant essential oil combined with tributyrin on growth performance, immune function, antioxidant capacity and intestinal morphology of mice challenged with Escherichia coli. A total of 150 specific pathogen-free (SPF) Kunming (KM) female mice of 4-week-old with an initial body weight of (20±2) g were randomly divided into 5 groups with 3 replicates per group and 10 mice per replicate. Mice in the control group and challenge group were fed a basal diet, and those in the three experimental groups were fed the basal diet supplemented with 60 mg/kg plant essential oil+3.5 g/kg tributyrin (test group Ⅰ), 80 mg/kg plant essential oil+3.5 g/kg tributyrin (test group Ⅱ) and 100 mg/kg plant essential oil+3.5 g/kg tributyrin (test group Ⅲ) by intragastric administration, respectively. The experiment lasted for 21 days. On day 15 of the experiment, mice in the control group were intraperitoneally injected with phosphate buffer (PBS) solution, and those in the other 4 groups were intraperitoneally injected with Escherichia coli culture solution (0.8×10⁸ CFU/mL). The results showed as follows: 1) on days 1 to 7, compared with the control group, the average daily gain of mice in test group Ⅰ was significantly increased (P<0.05); on days 15 to 21, compared with the challenge group, the average daily gain in test groups Ⅰ and Ⅱ was significantly increased (P<0.05). 2) On days 1, 3, 5 and 7 after challenge, compared with the control group, the challenge significantly increased the serum contents of interleukin-1β (IL-1β) and tumor necrosis factor-α (TNF-α) (P<0.05), and significantly decreased the serum contents of immunoglobulin A (IgA), immunoglobulin G (IgG), immunoglobulin M (IgM), interleukin-4 (IL-4) and interleukin-10 (IL-10) (P<0.05); supplementation of plant essential oil combined with tributyrin significantly reduced the serum contents of IL-1β and TNF-α of challenged mice (P<0.05), and significantly increased the serum contents of IgA, IgG, IgM, IL-4 and IL-10 (P<0.05). 3) Compared with the control group, the challenge significantly decreased the activities of serum superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT) of mice (P<0.05), and significantly increased the serum contents of malondialdehyde (MDA) and reactive oxygen species (ROS) (P<0.05); supplementation of plant essential oil combined with tributyrin significantly increased the activities of SOD and CAT in serum of challenged mice (P<0.05), and significantly decreased the serum contents of MDA and ROS (P<0.05). 4) Compared with the control group, the challenge significantly reduced the villus height and villus height to crypt depth ratio (V/C) in duodenum of mice (P<0.05), and significantly increased the crypt depth (P<0.05); supplementation of plant essential oil combined with tributyrin significantly increased the villus height and V/C in duodenum of challenged mice (P<0.05), and significantly decreased the crypt depth (P<0.05). In conclusion, under the challenge of Escherichia coli, supplementing plant essential oil combined with tributyrin can alleviate the inflammatory response and intestinal barrier damage of mice, maintain the intestinal health, improve the immune function and antioxidant capacity, and improve the growth performance.

Key words： plant essential oil; tributyrin; immune function; antioxidant capacity; intestinal health

Cite this article

MIAO Renfang , WU Kai , SUN Yuanzhi , LI Wei , WANG Yi , QU Yongli . Effects of Plant Essential Oil Combined with Tributyrin on Growth Performance, Blood Indices and Intestinal Morphology of Mice Challenged with Escherichia coli[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2024 , 36(1) : 592 -601 . DOI: 10.12418/CJAN2024.053

大肠杆菌病作为危害畜禽生产的主要细菌性传染病之一,可引起畜禽的多系统疾病,如败血症、心包炎和腹泻等,给养殖业造成了极大的经济损失。治疗大肠杆菌所致腹泻主要以抗生素为主,但抗生素的不合理使用导致了细菌耐药性的产生及畜产品抗生素残留等问题。针对这类问题,我国规定2020年起饲料中全面禁止添加抗生素。因此,需要寻找出能够替代抗生素的绿色、安全和高效的新型饲料添加剂。

植物精油是从花、叶、果实和果皮等材料中,通过压榨、蒸馏和发酵等方法提取出来的芳香油性液体,作为纯天然植物提取物中的重要次生代谢产物,具有抗菌、抗炎、抗氧化及保护肠道健康等作用^[1]。王林等^[2]研究表明,植物精油能调控许多免疫反应,通过调节血清免疫生化指标和促进肠道黏膜抗体来改善动物机体健康,并对炎性细胞因子和活性氧有强烈的抑制作用。

三丁酸甘油酯是一种由甘油和丁酸酯化而成的短链脂肪酸酯,由3分子的丁酸与1分子的甘油结合而成。三丁酸甘油酯作为饲料添加剂,在肠道内胰脂肪酶的作用下分解为甘油和丁酸,具有促进肠道发育、提高免疫能力等作用。研究发现,三丁酸甘油酯应用在动物生产中可以通过促进肠道绒毛发育,提高营养物质消化率^[3-4];同时,三丁酸甘油酯具有益菌作用,能够改善肠道菌群平衡,提高动物生产性能,促进动物健康发育^{[5⇓⇓⇓-9]}。

植物精油和三丁酸甘油酯都有促生长、抗炎和抗氧化的作用,但二者的复合应用鲜少报道。因此,本试验以植物精油复合三丁酸甘油酯作为添加剂,探讨其在大肠杆菌攻毒下对小鼠生长性能、血液指标和肠道形态的影响,以确定植物精油复合三丁酸甘油酯的适宜补饲剂量,为其作为抗炎饲料添加剂的应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

植物精油主要成分为香芹酚、百里香酚和肉桂醛,为淡黄色颗粒,由辽宁某饲料科技有限责任公司提供;三丁酸甘油酯纯度≥95%,为透明无色油状液体,购买于湖北某科技公司;肠出血性大肠杆菌,血清型为O157∶H7,购买于中国工业微生物菌种保藏管理中心。

1.2 试验设计

选用4周龄、初始体重为(20±2) g的无特定病原体(SPF)级昆明(KM)雌性小鼠150只,预饲3 d后随机分为5组,每组3个重复,每个重复10只小鼠。对照组和攻毒组饲喂基础饲粮,试验Ⅰ组饲喂基础饲粮+60 mg/kg植物精油+3.5 g/kg三丁酸甘油酯,试验Ⅱ组饲喂基础饲粮+80 mg/kg植物精油+3.5 g/kg三丁酸甘油酯,试验Ⅲ组饲喂基础饲粮+100 mg/kg植物精油+3.5 g/kg三丁酸甘油酯)。植物精油和三丁酸甘油酯以灌胃的方式补饲。试验期21 d。于试验期第15天,对照组小鼠按每10 g体重0.1 mL的剂量腹腔注射磷酸盐缓冲液(PBS)溶液,攻毒组和3个试验组小鼠按每10 g体重0.1 mL的剂量腹腔注射大肠杆菌菌液(0.8×10⁸ CFU/mL)。攻毒后,各组小鼠继续按试验设计处理灌胃7 d。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 生长性能

分别于试验的第1、7、14天和试验结束,对每组每只小鼠的体重进行称量,计算平均日增重(ADG),称量前对小鼠断粮、不断水。

1.3.2 血液指标

分别于攻毒后第1、3、5和7天,从每个组中随机选取3只接近平均体质量的小鼠,眼球采血。将采集后的血液于37 ℃静置2 h后,在4 ℃下3 500 r/min离心15 min,吸取上清液,得到小鼠血清,置于4 ℃保存备用。

采用酶联免疫吸附测定(ELISA)试剂盒测定血清免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白M(IgM)、免疫球蛋白G(IgG)、白细胞介素-1β(IL-1β)、白细胞介素-4(IL-4)、白细胞介素-10(IL-10)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)含量以及血清超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性。试剂盒均购自江苏雨桐生物科技有限公司。

1.3.3 十二指肠组织学检测

分别于攻毒后第1、3、5和7天,从每个组中随机选取3只接近平均体质量的小鼠,眼球采血后处死。每只小鼠分别取2 cm长的十二指肠样品,去除内容物,采用蒸馏水清洗后固定在4%的多聚甲醛溶液,经过脱水、软蜡硬蜡浸泡、石蜡包埋、切片(5 μm)、摊片、拷片、烘片、脱蜡及苏木精-伊红染色等步骤后,将制作好的切片置于光学显微镜下观察十二指肠组织形态并测量绒毛高度和隐窝深度(3处位置的平均值),计算绒毛高度/隐窝深度(V/C)值。

1.4 数据处理与统计分析

所有试验数据经过Excel 2007初步整理后,采用SPSS 26.0软件对数据进行单因素方差分析,并采用Duncan氏法进行多重比较。试验结果以“平均值±标准差”表示,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠生长性能的影响

由表1可知,试验第1~7天,试验Ⅰ组小鼠平均日增重显著高于对照组(P<0.05)。试验第15~21天,与对照组相比,攻毒组和3个试验组平均日增重均显著降低(P<0.05);不过,与攻毒组相比,试验组Ⅰ组和试验Ⅱ组平均日增重显著提高(P<0.05)。

表1 植物精油复合三丁酸甘油酯大肠杆菌攻毒对小鼠生长性能的影响

Table 1 Effects of essential oil combined with tributyrin on growth performance of mice challenged with Escherichia coli

项目 Items	对照组 Control group	攻毒组 Challenge group	试验Ⅰ组 Test group Ⅰ	试验Ⅱ组 Test group Ⅱ	试验Ⅲ组 Test group Ⅲ	P值 P-value
第1~7天Days 1 to 7
平均日增重ADG/g	0.55±0.03^bc	0.53±0.03^c	0.66±0.02^a	0.64±0.04^ab	0.62±0.03^ab	0.015
第8~14天Days 8 to 14
平均日增重ADG/g	0.59±0.05	0.55±0.07	0.73±0.12	0.73±0.20	0.70±0.04	0.298
第15~21天Days 15 to 21
平均日增重ADG/g	0.50±0.06^a	-0.40±0.07^c	-0.07±0.03^b	-0.11±0.06^b	-0.22±0.07^bc	<0.001

	同行数据肩标无字母或相同字母表示差异不显著(P>0.05),不同字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。
	In the same row, values with no letter or the same letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.

2.2 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠血液指标的影响

2.2.1 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠血清免疫指标的影响

由表2可知,攻毒后第1、3、5和7天,与对照组相比,攻毒组小鼠血清IgA、IgM(第7天除外)和IgG含量显著降低(P<0.05);与攻毒组相比,3个试验组血清IgA、IgM和IgG含量均显著提高(P<0.05)。攻毒后第1、3、5和7天,与对照组相比,攻毒组小鼠血清IL-1β含量显著提高(P<0.05);与攻毒组相比,3个试验组血清IL-1β含量显著降低(P<0.05)。攻毒后第1、3、5和7天,与对照组相比,攻毒组小鼠血清IL-4含量显著降低(P<0.05);与攻毒组相比,3个试验组血清IL-4含量显著提高(P<0.05)。与对照组相比,攻毒组攻毒后第1天小鼠血清IL-10含量显著降低(P<0.05);与攻毒组相比,试验I组和试验Ⅱ组攻毒后第1天血清IL-10含量显著提高(P<0.05),试验Ⅱ组和试验Ⅲ组攻毒后第3和5天血清IL-10含量显著提高(P<0.05),3个试验组攻毒后第7天血清IL-10含量显著提高(P<0.05)。攻毒后第1、3和7天,与对照组相比,攻毒组小鼠血清TNF-α含量显著提高(P<0.05);与攻毒组相比,3个试验组血清TNF-α含量显著降低(P<0.05)。

表2 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠血清免疫指标的影响

Table 2 Effects of essential oil combined with tributyrin on serum immune indices of mice challenged with Escherichia coli

项目 Items	对照组 Control group	攻毒组 Challenge group	试验Ⅰ组 Test group Ⅰ	试验Ⅱ组 Test group Ⅱ	试验Ⅲ组 Test group Ⅲ		P值 P-value
免疫球蛋白A IgA/(ng/mL)
第1天Day 1	89.79±1.34^a	85.64±1.99^b	92.68±0.50^a	93.47±0.60^a	91.34±1.35^a		0.012
第3天Day 3	91.29±0.50^a	86.59±1.34^b	92.62±0.97^a	94.14±0.85^a	92.16±1.11^a		0.004
第5天Day 5	90.43±0.40^c	86.06±0.72^d	94.96±0.44^a	94.35±0.92^ab	91.91±1.32^bc		0.001
第7天Day 7	91.17±0.51^b	88.02±0.94^c	94.37±0.57^a	95.95±0.42^a	93.78±1.40^ab		0.001
免疫球蛋白M IgM/(ng/mL)
第1天Day 1	4.33±0.03^b	3.88±0.08^c	4.24±0.03^b	4.86±0.06^a		4.24±0.05^b	<0.001
第3天Day 3	4.41±0.04^b	3.81±0.06^c	4.46±0.01^b	4.62±0.05^a		4.60±0.02^a	<0.001
第5天Day 5	4.47±0.03^b	3.91±0.04^d	4.23±0.03^c	4.89±0.08^a		4.71±0.09^a	<0.001
第7天Day 7	4.09±0.21^bc	3.80±0.06^c	4.35±0.06^ab	4.55±0.02^a		4.48±0.04^a	0.003
免疫球蛋白G IgG/(ng/mL)
第1天Day 1	821.17±9.94^a	769.51±7.25^b	837.74±4.87^a	840.14±20.21^a		827.21±6.18^a	0.004
第3天Day 3	826.55±7.37^a	786.08±10.22^b	848.94±5.34^a	840.72±9.14^a		844.43±8.15^a	0.001
第5天Day 5	833.45±10.07^a	801.19±8.67^b	855.70±11.55^a	856.57±3.53^a		850.90±6.81^a	0.002
第7天Day 7	837.45±6.02^a	811.59±10.57^b	860.27±8.71^a	850.39±9.82^a		855.04±5.19^a	0.006
白细胞介素-1β IL-1β/(ng/L)
第1天Day 1	78.71±0.82^b	88.30±2.80^a	82.13±0.62^b	82.12±1.67^b		81.17±0.61^b	0.016
第3天Day 3	77.71±1.64^c	87.98±1.70^a	81.63±1.32^bc	83.13±1.22^b		80.38±0.57^bc	0.004
第5天Day 5	78.10±1.08^c	86.67±0.90^a	82.23±0.89^bc	82.98±0.77^b		82.82±0.81^b	0.001
第7天Day 7	76.16±0.72^c	88.75±2.45^a	80.93±0.90^b	79.02±1.54^bc		82.83±0.65^b	0.001
白细胞介素-4 IL-4/(pg/mL)
第1天Day 1	268.91±1.66^a	241.45±4.69^b	259.73±1.27^a	260.70±1.09^a		262.53±4.01^a	0.001
第3天Day 3	271.21±2.25^a	256.91±3.55^b	281.66±4.38^a	281.55±1.45^a		274.27±4.14^a	0.002
第5天Day 5	276.74±4.71^a	255.44±2.62^b	283.92±3.33^a	286.79±9.20^a		287.94±7.15^a	0.011
第7天Day 7	278.76±7.65^a	252.03±4.36^b	287.57±5.08^a	295.37±2.00^a		287.92±12.13^a	0.013
白细胞介素-10 IL-10/(pg/mL)
第1天Day 1	1 064.06±14.82^b	1 026.76±7.91^c	1 175.88±5.94^a	1 188.83±4.92^a		1 031.98±14.21^bc	0.001
第3天Day 3	1 085.01±14.06^b	1 059.84±15.96^b	1 099.12±20.59^b	1 191.88±11.49^a		1 176.78±12.24^a	0.001
第5天Day 5	1 073.86±10.21^bc	1 048.96±7.03^c	1 150.27±6.71^abc	1 187.48±84.77^ab		1 246.44±2.77^a	0.025
第7天Day 7	1 066.85±20.50^bc	1 034.04±4.30^c	1 139.84±16.88^a	1 144.15±12.99^a		1 114.31±6.96^ab	0.001
肿瘤坏死因子-α TNF-α/(ng/L)
第1天Day 1	954.86±10.53^b	1 131.44±9.62^a	934.47±10.45^b	959.84±9.65^b		964.20±5.65^b	0.006
第3天Day 3	958.95±6.17^b	1 196.62±5.90^a	963.86±10.45^b	963.45±4.08^b		972.59±2.81^b	0.004
第5天Day 5	962.70±2.79	1 011.11±4.58	958.88±26.88	956.77±7.83		967.54±6.09	0.073
第7天Day 7	955.06±4.45^b	1 088.63±48.59^a	956.97±40.51^b	962.49±10.67^b		975.04±13.11^b	0.040

2.2.2 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠血清抗氧化指标的影响

由表3可知,攻毒后第1、3、5和7天,与对照组相比,攻毒组小鼠血清MDA含量显著提高(P<0.05);与攻毒组相比,3个试验组血清MDA含量显著降低(P<0.05)。在攻毒后第1、3和5天,与对照组相比,攻毒组小鼠血清SOD活性显著降低(P<0.05);与攻毒组相比,除第5天的试验Ⅱ组外,3个试验组血清SOD活性显著提高(P<0.05)。攻毒后第7天,与攻毒组相比,试验Ⅰ组和试验Ⅱ组小鼠血清SOD活性显著提高(P<0.05)。攻毒后第1、3、5和7天,与对照组相比,攻毒组小鼠血清CAT活性显著降低(P<0.05);与攻毒组相比,除第1天的试验Ⅲ组外,3个试验组血清CAT活性显著提高(P<0.05)。攻毒后第1、3、5和7天时,与对照组相比,攻毒组小鼠血清ROS含量显著提高(P<0.05);与攻毒组相比,3个试验组血清ROS含量显著降低(P<0.05)。

表3 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠血清抗氧化指标的影响

Table 3 Effects of essential oil combined with tributyrin on serum antioxidant indices of mice challenged with Escherichia coli

项目 Items	对照组 Control group	攻毒组 Challenge group	试验Ⅰ组 Test group Ⅰ	试验Ⅱ组 Test group Ⅱ	试验Ⅲ组 Test group Ⅲ	P值 P-value
丙二醛MDA/(nmol/L)
第1天Day 1	8.52±0.12^c	9.14±0.04^a	8.64±0.04^bc	8.71±0.03^bc	8.85±0.10^b	0.003
第3天Day 3	8.48±0.09^b	9.15±0.06^a	8.68±0.08^b	8.61±0.04^b	8.71±0.06^b	0.001
第5天Day 5	8.38±0.18^c	9.20±0.07^a	8.72±0.13^b	8.54±0.10^bc	8.70±0.08^b	0.002
第7天Day 7	8.34±0.02^b	9.16±0.10^a	8.60±0.19^b	8.41±0.09^b	8.67±0.16^b	0.009
超氧化物歧化酶SOD/(pg/mL)
第1天Day 1	52.35±0.21^a	48.65±4.55^b	51.87±8.60^a	53.05±3.54^a	51.87±9.07^a	0.001
第3天Day 3	51.84±1.27^a	48.75±1.46^b	51.23±3.21^a	51.09±2.40^a	50.98±2.26^a	0.001
第5天Day 5	53.21±0.81^b	48.66±3.32^b	57.61±6.57^a	55.31±2.26^ab	52.18±4.46^b	0.002
第7天Day 7	52.71±3.17^bc	48.47±2.21^c	60.09±0.15^a	54.41±1.26^b	51.43±0.51^bc	0.004
过氧化氢酶CAT/(ng/L)
第1天Day 1	49.82±2.09^a	41.10±1.65^c	45.19±2.97^b	44.89±0.15^b	42.67±0.38^c	0.002
第3天Day 3	48.83±1.17^a	42.16±2.62^d	47.03±0.28^b	46.86±0.28^b	44.63±0.25^c	0.001
第5天Day 5	48.74±5.27^a	44.53±0.77^d	47.62±1.34^b	47.30±0.26^bc	46.80±0.23^c	0.001
第7天Day 7	49.24±1.17^a	45.39±0.17^c	47.18±0.37^b	47.13±0.09^b	47.27±0.31^b	0.010
活性氧ROS/(IU/mL)
第1天Day 1	484.58±6.23^c	528.25±10.72^a	492.88±5.58^bc	486.33±4.64^c	505.05±7.13^b	0.001
第3天Day 3	481.85±9.38^b	524.74±3.25^a	486.03±7.73^b	483.87±3.97^b	488.01±3.39^b	0.001
第5天Day 5	481.32±11.33^b	512.96±4.61^a	479.44±9.11^b	478.78±5.14^b	484.49±3.01^b	0.001
第7天Day 7	481.24±1.99^b	494.56±1.78^a	483.31±3.69^b	478.82±2.78^b	485.11±2.04^b	0.013

2.3 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠肠道形态的影响

如图1所示,对照组小鼠十二指肠上皮结构完整,未见明显病理损伤;攻毒后,与对照组相比,攻毒组十二指肠组织炎性浸润、结构紊乱及绒毛断裂,并伴随黏膜上皮细胞脱落和黏膜固有层水肿,主要病变为黏膜层上皮细胞脱落;与攻毒组相比,3个试验组十二指肠组织结构轻微异常,肠绒毛结构相对清晰完整,轮廓清晰,黏膜层上皮细胞排列整齐紧密。由表4可知,攻毒后第1、3、5和7天,与对照组相比,攻毒组小鼠十二指肠绒毛高度和V/C值显著降低(P<0.05),隐窝深度显著提高(P<0.05);与攻毒组相比,除第5天试验Ⅱ组绒毛高度和第7天V/C值外,3个试验组十二指肠绒毛高度和V/C值显著提高(P<0.05),隐窝深度显著降低(P<0.05)。

显示原图|下载原图ZIP|生成PPT

图1 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠十二指肠组织形态的影响

A~E分别代表攻毒后第1天的对照组、攻毒组、试验Ⅰ组、试验Ⅱ组和试验Ⅲ组,F~J分别代表攻毒后第3天的对照组、攻毒组、试验Ⅰ组、试验Ⅱ组和试验Ⅲ组,K~O分别代表攻毒后第5天的对照组、攻毒组、试验Ⅰ组、试验Ⅱ组和试验Ⅲ组,P~T分别代表攻毒后第7天的对照组、攻毒组、试验Ⅰ组、试验Ⅱ组和试验Ⅲ组。

Fig.1 Effects of essential oil combined with tributyrin on morphology of duodenal tissues of mice challenged with Escherichia coli (100×)

A to E represented control group, challenge group, test group Ⅰ, test group Ⅱ and test group Ⅲ on day 1 after challenge, F to J represented control group, challenge group, test group Ⅰ, test group Ⅱ and test group Ⅲ on day 3 after challenge, K to O represented control group, challenge group, test group Ⅰ, test group Ⅱ and test group Ⅲ on day 5 after challenge, and P to T represented control group, challenge group, test group Ⅰ, test group Ⅱ and test group Ⅲ on day 7 after challenge, respectively.

表4 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠十二指肠形态结构的影响

Table 4 Effects of essential oil combined with tributyrin on duodenal morphology and structure of mice challenged by Escherichia coli

项目 Items	对照组 Control group	攻毒组 Challenge group	试验Ⅰ组 Test group Ⅰ			试验Ⅱ组 Test group Ⅱ	试验Ⅲ组 Test group Ⅲ	P值 P-value
绒毛高度Villus height/μm
第1天Day 1	466.63±10.88^a	330.95±7.65^b	470.23±12.84^a			489.05±15.84^a	452.67±28.66^a	<0.001
第3天Day 3	616.50±14.19^a	305.61±21.36^c	452.47±18.11^b			464.58±35.12^b	431.56±19.79^b	<0.001
第5天Day 5	458.18±9.55^a	366.86±33.63^b	481.16±16.62^a			413.99±11.95^ab	452.67±28.66^a	0.032
第7天Day 7	452.38±15.19^ab	301.95±7.39^c	485.18±32.19^a			467.85±13.29^ab	419.63±4.22^b	<0.001
隐窝深度Crypt depth/μm
第1天Day 1	90.27±4.17^c	152.17±10.22^a	115.92±4.19^b			124.71±10.75^b	124.42±2.55^b	0.002
第3天Day 3	82.58±4.61^c	154.39±16.96^a	94.91±4.85^bc			115.87±5.71^b	120.55±3.58^b	0.002
第5天Day 5	84.54±3.87^c	142.87±13.57^a	107.23±4.22^b			109.12±2.77^b	118.83±4.90^b	0.002
第7天Day 7	79.51±7.85^b	142.97±1.81^a	114.91±3.05^b			106.61±3.81^b	102.73±6.66^b	<0.001
绒毛高度/隐窝深度V/C
第1天Day 1	5.19±0.28^a	2.19±0.15^c		4.07±0.24^b	3.98±0.33^b		3.64±0.20^b	<0.001
第3天Day 3	7.51±0.43^a	2.00±0.09^d		4.78±0.21^b	4.06±0.49^bc		3.59±0.26^bc	<0.001
第5天Day 5	5.44±0.22^a	2.64±0.44^c		4.49±0.14^b	3.80±0.14^b		3.82±0.27^b	<0.001
第7天Day 7	5.35±0.47^a	2.11±0.06^b		4.82±0.50^ab	4.40±0.20^ab		4.12±0.30^b	0.001

3 讨论

大肠杆菌是导致动物腹泻的主要病原体,是影响畜禽正常生长和繁殖的关键病因。大肠杆菌的致病机理是通过菌毛黏附在动物肠道上皮细胞膜表面,大量繁殖并释放毒力因子,最终导致肠道损伤、腹泻和出血性肠炎。这会导致机体生长发育受阻以及存活率降低等不良现象。而植物精油和三丁酸甘油酯具有多种生物学特性,包括改善畜禽生长性能、减轻炎症反应以及抑制病原菌增殖并有助于调节肠道微生态平衡等。大量研究表明,饲粮添加植物精油可以促进肉鸡生长,显著提高平均日增重^{[10⇓⇓-13]}。朱荣生等^[14]的研究结果表明,在饲粮中添加2 000和2 500 mg/kg三丁酸甘油酯显著提高了仔猪平均日增重。本试验发现,与对照组相比,试验I组小鼠平均日增重在试验第1~7天时有显著提升;与攻毒组相比,试验Ⅰ组和试验Ⅱ组平均日增重在试验第15~21天时有显著提升,这说明植物精油复合三丁酸甘油酯对小鼠机体没有产生毒害作用,且在大肠杆菌的作用下缓解了体重下降的现象,表明其对机体有保护作用。

相关研究表明,当机体感染大肠杆菌后,其产生的内毒素会触发多种炎性细胞因子网络,包括IL-1β和TNF-α等^[15]。促炎细胞因子和抗炎细胞因子的失衡是导致机体损伤的重要原因之一。免疫球蛋白是由动物免疫系统淋巴细胞产生的蛋白质,经过抗原诱导,可以转化为抗体。IgA、IgM和IgG是能与抗原特异性结合的具有抗体活性的蛋白质,是体液免疫的主要组成部分,具有抗菌、抗病毒和抗毒素的作用,对机体有一定的保护作用^[16]。三丁酸甘油酯在动物肠道中分解为丁酸,生成丁酸盐被肠道吸收利用。有研究表明,丁酸盐可减少体内白细胞介素-6(IL-6)、IL-1β和TNF-α等炎症介质的分泌,从而降低炎症反应;丁酸盐还能促进T细胞向调节性T细胞分化,增加IL-10等抗炎因子的表达,且这是通过抑制丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和核因子-κB(NF-κB)信号通路的激活来实现的^[17]。刘娇等^[18]研究表明,肉鸭饲粮中添加200 mg/kg百里香酚和香芹酚复合精油,大肠杆菌攻毒肉鸭血清IgM和IgG含量显著提高,血清IgA含量呈不同程度地提高,血清TNF-α、IL-6和IL-1β含量显著降低。本试验中,攻毒组小鼠血清TNF-α和IL-1β含量均高于对照组,血清IgA、IgM、IgG、IL-4和IL-10含量均低于对照组;而与攻毒组相比,3个试验组血清IL-1β和TNF-α含量有所降低,血清IgA、IgG和IgM含量显著提高,这表明补饲植物精油复合三丁酸甘油酯能够通过增强机体清除病原的能力,并通过增强机体体液免疫过程来提高机体免疫功能,从而确保机体的健康,减少大肠杆菌病等对机体的影响。

机体的抗氧化能力是由SOD和CAT等酶的活动构成的一道抗氧化防御系统,能够保护机体器官组织和细胞免受自由基带来的有害影响。因此,血液或组织中这些酶的较高水平表明机体具有较强的抗氧化能力。ROS含量与动物健康直接相关,其可通过氧化应激破坏细胞DNA、生物膜脂质、蛋白质和其他大分子,从而引起细胞损伤和凋亡。研究发现,三丁酸甘油酯能够有效提高动物机体总抗氧化能力(T-AOC)及谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和SOD活性,并降低体内ROS和MDA含量,从而促进动物肠道黏膜的生长发育,改善肠道的氧化应激^[19]。Su等^[20]报道,在断奶仔猪饲粮中添加200 g/t植物精油可以显著降低血清MDA含量,显著提高血清SOD活性,并通过增强抗氧化防御系统的非酶促反应和酶促反应提高仔猪抗氧化能力。本试验结果发现,大肠杆菌攻毒后小鼠血清SOD和CAT活性会显著降低,血清ROS和MDA含量会显著提高;而与攻毒组相比,试验组血清SOD和CAT活性能够显著提高,血清ROS和MDA含量会显著降低。这表明复合制剂可以增强小鼠抗氧化能力,减少氧化损伤。

肠道屏障是机体重要的黏膜屏障,在肠道免疫和稳态中起着重要作用^[21]。小肠绒毛高度、隐窝深度以及V/C是衡量小肠对营养物质消化吸收能力和黏膜屏障的重要参考依据,其中V/C值是最能体现肠道屏障结构完整性的指标。当机体感染大肠杆菌时,肠道屏障则会受到损伤^[22]。邹盼盼等^[23]研究指出,复合植物精油能有效改善小肠组织形态,增大小肠绒毛的接触面积,提高肠道消化吸收功能。同样有研究表明,三丁酸甘油酯分解产生的丁酸是结肠上皮细胞最重要的能源物质,可被肠道的上皮细胞迅速吸收,通过为上皮细胞供能,加速细胞的分化与成熟,从而及时更换肠黏膜中受损的细胞,保护肠道的屏障功能,缓解大肠杆菌对小鼠肠道的损伤^[24]。本试验中,大肠杆菌攻毒后小鼠十二指肠绒毛高度和V/C值显著降低,这与其他研究结果^[22]一致。在攻毒后第5天时,试验Ⅱ组绒毛高度虽与攻毒组无显著差异,但隐窝深度和V/C值有显著差异,仍能表明二者对肠道有一定保护作用。与攻毒组相比,补饲植物精油复合三丁酸甘油酯能够显著提高攻毒小鼠的十二指肠绒毛高度和V/C值,表明二者复合可以提高小鼠肠道上皮细胞的屏障完整性,增强肠上皮屏障功能,缓解因大肠杆菌感染导致的肠道损伤。

4 结论

综上所述,在大肠杆菌攻毒下,给小鼠补饲60 mg/kg植物精油+3.5 g/kg三丁酸甘油酯能较好改善小鼠生长性能,缓解机体炎症反应,降低血清炎症因子含量,减轻机体肠道损伤,提高机体免疫功能。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within

[1]	张芯燕, 豆腾飞, 闫世雄, 等. 植物精油影响畜禽肠道免疫性能的研究进展[J]. 饲料研究, 2022, 45(16):124-128. ZHANG X Y, DOU T F, YAN S X, et al. Research progress on effect of plant essential oils on intestinal immunity of livestock and poultry[J]. Feed Research, 2022, 45(16):124-128. (in Chinese)

[2]	王林, 刘贵莲, 朱九堡, 等. 植物精油在动物机体应用的研究进展[J]. 农学学报, 2021, 11(8):85-89. DOI WANG L, LIU G L, ZHU J B, et al. Research progress on the application of essential oils in animals[J]. Journal of Agriculture, 2021, 11(8):85-89. (in Chinese) DOI

[3]	吴凯, 管先超, 曲嘉晨, 等. 液态三丁酸甘油酯对小鼠生长、脏器指数及十二指肠形态结构的影响[J]. 动物营养学报, 2023, 35(2):1330-1337. DOI WU K, GUAN X C, QU J C, et al. Effects of liquid tributyrin on growth,viscera indexes and duodenal morphology of mice[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2023, 35(2):1330-1337. (in Chinese)

[4]	HU Q B, YIN F G, LI B C, et al. Dietary tributyrin administration improves intestinal morphology and selected bacterial and short-chain fatty acid profiles in broilers under an isocaloric feeding regime[J]. Frontiers in Microbiology, 2021, 12:715712. DOI

[5]

李丹丹, 宇晓军, 王群, 等. 三丁酸甘油酯对育成期母貂生长性能、营养物质表观消化率及十二指肠消化酶活性的影响[J]. 动物营养学报, 2021, 33(6):3461-3468.

DOI

D D

, YU

X J

, WANG

, et al. Effects of tributyrin on growth performance,nutrient apparent digestibilities and duodenum digestive enzyme activities of growing female minks[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2021, 33(6):3461-3468. (in Chinese)

[6]	梁琦, 左刚. 三丁酸甘油酯的生理功能及其在仔猪中的应用[J]. 猪业科学, 2020, 37(5):46-49. LIANG Q, ZUO G. Physiological functions of tributyrin and its application in piglets[J]. Swine Industry Science, 2020, 37(5):46-49. (in Chinese)

[7]	MIRAGOLI F, PATRONE V, PRANDINI A, et al. Implications of tributyrin on gut microbiota shifts related to performances of weaning piglets[J]. Microorganisms, 2021, 9(3):584. DOI

[8]	张文彦, 周倩, 瞿明仁, 等. 三丁酸甘油酯调控动物热应激的研究进展[J]. 动物营养学报, 2023, 35(8):4872-4882. DOI ZHANG W Y, ZHOU Q, QU M R, et al. Research progress in regulation of heat stress by tributyrin in animals[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2023, 35(8):4872-4882. (in Chinese) DOI

[9]	冯焱, 张芬鹊, 李建慧. 家禽肠道黏膜屏障结构及功能研究进展[J]. 中国家禽, 2016, 38(4):1-4. FENG Y, ZHANG F Q, LI J H. Research progress on the structure and function of intestinal mucosal barrier in poultry[J]. China Poultry, 2016, 38(4):1-4. (in Chinese)

[10]	RUAN D, FAN Q L, FOUAD A M, et al. Effects of dietary oregano essential oil supplementation on growth performance,intestinal antioxidative capacity,immunity,and intestinal microbiota in yellow-feathered chickens[J]. Journal of Animal Science, 2021, 99(2):skab033. DOI

[11]	ZHANG L Y, PENG Q Y, LIU Y R, et al. Effects of oregano essential oil as an antibiotic growth promoter alternative on growth performance,antioxidant status,and intestinal health of broilers[J]. Poultry Science, 2021, 100(7):101163. DOI

[12]	OLADOKUN S, MACISAAC J, RATHGEBER B, et al. Essential oil delivery route:effect on broiler chicken’s growth performance,blood biochemistry,intestinal morphology,immune,and antioxidant status[J]. Animals, 2021, 11(12):3386. DOI

[13]	GAO F, ZHANG L H, LI H, et al. Dietary oregano essential oil supplementation influences production performance and gut microbiota in late-phase laying hens fed wheat-based diets[J]. Animals, 2022, 12(21):3007. DOI

[14]

朱荣生, 徐伟, 王怀中, 等. 饲粮添加不同水平三丁酸甘油酯对断奶仔猪生长性能、血清生化指标、肠组织形态和养分消化率的影响[J]. 动物营养学报, 2020, 32(2):664-673.

DOI

ZHU

R S

, XU

, WANG

H Z

, et al. Effects of different supplemental levels of tributyrin on growth performance,serum biochemical indices,intestinal morphology and nutrient digestibility of weaned piglets[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2020, 32(2):664-673. (in Chinese)

[15]	HAN X B, DING S J, MA Y, et al. Lactobacillus plantarum and Lactobacillus brevis alleviate intestinal inflammation and microbial disorder induced by ETEC in a murine model[J]. Oxidative Medicine and Cellular Longevity, 2021, 2021:6867962.

[16]

宋淑珍, 宫旭胤, 吴建平. 牛至精油对蒙古羊生长性能、血清免疫指标和粪便寄生虫的影响[J]. 动物营养学报, 2022, 34(11):7210-7219.

DOI

SONG

S Z

, GONG

X Y

, WU

J P

. Effects of oregano essential oil on growth performance,serum immune indices and fecal parasites of Mongolian sheep[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2022, 34(11):7210-7219. (in Chinese)

[17]	GUO W J, LIU J X, YANG Y X, et al. Rumen-bypassed tributyrin alleviates heat stress by reducing the inflammatory responses of immune cells[J]. Poultry Science, 2021, 100(1):348-356. DOI PMID

[18]

刘娇, 常文环, PIRZADO

S A

, 等. 植物精油对大肠杆菌攻毒肉鸭生长性能、血清生化指标和免疫功能的影响[J]. 动物营养学报, 2020, 32(8):3670-3680.

DOI

LIU

, CHANG

W H

, PIRZADO

S A

, et al. Effects of plant essential oil on growth performance,serum biochemical indexes and immune function of ducks challenged by Escherichia coli[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2020, 32(8):3670-3680. (in Chinese)

[19]	ŚPITALNIAK-BAJERSKA K, SZUMNY A, POGODA-SEWERNIAK K, et al. Effects of n-3 fatty acids on growth,antioxidant status,and immunity of preweaned dairy calves[J]. Journal of Dairy Science, 2020, 103(3):2864-2876. DOI

[20]	SU G Q, ZHOU X W, WANG Y, et al. Effects of plant essential oil supplementation on growth performance,immune function and antioxidant activities in weaned pigs[J]. Lipids in Health and Disease, 2018, 17(1):139. DOI

[21]	YING M X, ZHENG B, YU Q, et al. Ganoderma atrum polysaccharide ameliorates intestinal mucosal dysfunction associated with autophagy in immunosuppressed mice[J]. Food and Chemical Toxicology, 2020, 138:111244. DOI

[22]

雷铭康, 李润林, 李盼盼, 等. 饲粮添加迷迭香酸对产肠毒素大肠杆菌K88攻毒断奶仔猪结肠菌群组成、屏障功能及炎症反应的影响[J]. 动物营养学报, 2022, 34(8):4944-4958.

DOI

LEI

M K

, LI

R L

, LI

P P

, et al. Effects of dietary rosmarinic acid on colonic microbiota composition,barrier function and inflammatory response in weaned piglets challenged with enterotoxigenic Escherichia coli K88[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2022, 34(8):4944-4958. (in Chinese)

[23]	邹盼盼, 王春江, 曹省艳, 等. 植物精油对断奶仔猪生长性能和肠道结构及菌群的影响[J]. 动物医学进展, 2023, 44(6):77-83. ZOU P P, WANG C J, CAO S Y, et al. Effects of plant essential oils on growth performance,intestinal structure and microflora of weaned piglets[J]. Progress in Veterinary Medicine, 2023, 44(6):77-83. (in Chinese)

[24]

庞丽丽, 朱荣生, 王怀中, 等. 三丁酸甘油酯对产肠毒素大肠杆菌K88诱发的小鼠肠道损伤的缓解作用[J]. 动物营养学报, 2022, 34(6):4003-4012.

DOI

PANG

L L

, ZHU

R S

, WANG

H Z

, et al. Alleviation effects of triglyceride on intestinal injury of mice induced by enterotoxigenic Escherichia coli K88[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2022, 34(6):4003-4012. (in Chinese)

DOI

Options

Outlines

模态框（Modal）标题

Abstract

Cite this article

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.2 试验设计

1.3 测定指标及方法

1.3.1 生长性能

1.3.2 血液指标

1.3.3 十二指肠组织学检测

1.4 数据处理与统计分析

2 结果与分析

2.1 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠生长性能的影响

表1 植物精油复合三丁酸甘油酯大肠杆菌攻毒对小鼠生长性能的影响

2.2 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠血液指标的影响

2.2.1 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠血清免疫指标的影响

表2 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠血清免疫指标的影响

2.2.2 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠血清抗氧化指标的影响

表3 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠血清抗氧化指标的影响

2.3 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠肠道形态的影响

图1 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠十二指肠组织形态的影响

表4 植物精油复合三丁酸甘油酯对大肠杆菌攻毒小鼠十二指肠形态结构的影响

3 讨论

4 结论

References