《Journal of Animal Science and Biotechnology》：Dietary β-carotene improves the ovary development and antioxidant capacity of replacement gilts
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本研究發現，在日糧中添加β-胡蘿卜素能顯著提高后備母豬卵巢中2-5毫米中等卵泡的數量，并增加血液及卵泡液中的雌二醇水平。深入研究表明，β-胡蘿卜素主要通過其自身而非代謝產物發揮作用，通過上調卵巢顆粒細胞中FOXL2的表達，進而激活StAR并促進雌二醇合成。同時，β-胡蘿卜素通過促進脂解（表現為PLIN2下調，LIPE上調），為能量（ATP）和激素合成提供底物，并增強抗氧化酶（SOD1、GPX4）活性以維持氧化還原平衡。這些發現為利用β-胡蘿卜素作為一種功能性添加劑來改善母豬卵巢發育和繁殖性能提供了新的理論依據。
研究背景與意義
卵巢是豬繁殖性能的決定性器官，其卵泡的健康發育直接影響產仔數、母豬利用年限和養殖成本。近年來，精準營養調控成為提升后備母豬繁殖性能的研究熱點，其中功能添加劑的應用備受關注。β-胡蘿卜素不僅是維生素A最活躍的前體，也是一種天然抗氧化劑。盡管其在奶牛繁殖中的作用已有多年研究，但在母豬卵巢發育中的具體機制尚不清楚。本研究旨在評估日糧中添加β-胡蘿卜素對后備母豬卵巢發育的影響，并探討其潛在機制。
研究方法與設計
本研究選取20頭130日齡的后備母豬，隨機分為對照組和β-胡蘿卜素組（β-C組，日糧中添加10 mg/kg β-胡蘿卜素），每組10個重復，試驗期為60天。試驗結束時，采集血液、卵巢等樣本進行表型分析、激素檢測、轉錄組測序和非靶向代謝組學分析。此外，利用從屠宰場獲取的豬卵巢分離培養顆粒細胞（GCs）進行體外驗證實驗，通過干擾和過表達等分子生物學技術，并結合CUT&Tag-qPCR等技術，驗證β-胡蘿卜素的作用靶點與通路。
主要研究結果
- 1.
對卵巢發育和激素水平的影響：β-胡蘿卜素組母豬卵巢表面直徑2-5毫米的中等卵泡數量顯著增加。同時，血清和卵泡液中的雌二醇濃度也顯著升高，而孕酮水平未發生顯著變化。這些結果表明，β-胡蘿卜素能有效促進卵泡發育和雌二醇分泌。
- 2.
β-胡蘿卜素及其代謝產物的組織分布：日糧補充β-胡蘿卜素顯著提高了其在卵巢卵泡液和背部脂肪中的濃度。而其主要代謝產物（視黃醇、視黃醛和視黃酸）在血清和各種組織（包括卵泡液）中的水平在兩組間均無顯著差異。這提示，在促進卵泡發育方面，β-胡蘿卜素本身而非其維生素A代謝物可能發揮著關鍵作用。
- 3.
調控核心靶點FOXL2的發現與驗證：對卵巢顆粒細胞的轉錄組分析顯示，β-胡蘿卜素處理后，Forkhead Box L2 (FOXL2)是顯著上調的關鍵基因。免疫組化染色證實了卵巢組織中FOXL2蛋白表達的增加。體外實驗進一步比較了β-胡蘿卜素與其活性代謝產物視黃酸的作用，發現只有β-胡蘿卜素處理能顯著上調GCs中FOXL2的表達，并提高培養基中雌二醇水平。此外，FOXL2的表達隨著卵泡的成熟（小卵泡<中卵泡<大卵泡）而顯著增加，暗示其在卵泡發育中的重要作用。
- 4.
FOXL2通過調控StAR促進雌二醇合成的機制：功能獲得（過表達）和功能喪失（干擾）實驗證明，FOXL2能正向調控雌二醇的合成。具體而言，過表達FOXL2顯著提升了雌二醇合成關鍵蛋白StAR和CYP11A1的表達以及培養基中雌二醇的濃度；反之，干擾FOXL2則抑制了這些指標。更重要的是，當干擾FOXL2后，β-胡蘿卜素對StAR、CYP11A1表達和雌二醇合成的促進作用也隨之消失。CUT&Tag-qPCR實驗直接證明，β-胡蘿卜素處理后，FOXL2與StAR基因的啟動子區域結合顯著富集，表明β-胡蘿卜素通過FOXL2直接轉錄激活StAR的表達，從而啟動雌二醇的合成過程。
- 5.
促進脂解與能量代謝：代謝組學分析發現，β-胡蘿卜素組卵泡液中差異代謝物富集于脂質代謝通路。體內外油紅O染色證實，β-胡蘿卜素顯著減少了背部脂肪組織、卵巢以及GCs中的脂滴積累。機制研究表明，β-胡蘿卜素處理下調了GCs中脂滴穩定蛋白PLIN2的表達，上調了脂解限速酶編碼基因LIPE以及負責脂肪酸活化與β-氧化的關鍵酶ACSL4的表達。這些變化共同促進了脂質的分解代謝，并伴隨著細胞內ATP產量的顯著增加，為雌二醇合成和細胞活動提供了能量底物。
- 6.
增強抗氧化能力：在促進脂解和能量代謝的同時，β-胡蘿卜素處理也顯著降低了GCs內的活性氧（ROS）水平。這與其上調GCs中關鍵抗氧化酶超氧化物歧化酶1（SOD1）和谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）的表達有關。在體內，補充β-胡蘿卜素的后備母豬血清和卵泡液中SOD1和GPX4的酶活性也顯著提高，血清ROS水平則顯著降低。這表明β-胡蘿卜素能有效增強機體的抗氧化防御系統，減輕氧化應激，為卵泡發育創造了更優的微環境。
總結與展望
本研究系統揭示了β-胡蘿卜素促進后備母豬卵巢發育的多重作用機制：它通過激活FOXL2-StAR通路，直接促進顆粒細胞的雌二醇合成；同時，通過重塑脂質代謝（下調PLIN2、上調LIPE和ACSL4），增強脂解和脂肪酸氧化，為類固醇合成和細胞供能提供必需底物；此外，通過上調抗氧化酶SOD1和GPX4的表達，有效緩解氧化應激，維持卵巢內的氧化還原平衡。這些發現不僅為β-胡蘿卜素作為一種改善母豬繁殖性能的功能性營養添加劑提供了堅實的理論依據，也為深入研究營養素調控卵巢功能開辟了新的視角。未來的研究可進一步探索β-胡蘿卜素直接調控FOXL2等關鍵基因表達的分子機制，如是否通過作為信號分子直接與轉錄因子或核受體互作，或引發表觀遺傳修飾等方式實現。
