[Tạp chí Chăn nuôi Việt Nam] – Sảy thai sớm là một vấn đề phổ biến ở động vật có vú, ảnh hưởng đến hiệu quả sinh sản. Trong khi dinh dưỡng có tác động đáng kể đến sự phát triển của thai và hiệu quả sinh sản, nghiên cứu về cách các chất dinh dưỡng cụ thể như arginine ảnh hưởng đến sự phát triển phôi vẫn còn hạn chế. Arginine, một axit amin thiết yếu, đã được phát hiện có khả năng tác động đến sự phát triển của phôi. Các nghiên cứu cho thấy việc bổ sung arginine trong giai đoạn đầu thai kỳ có thể cải thiện chất lượng phôi thông qua các con đường tín hiệu cụ thể. N-Carbamylglutamate (NCG), một chất kích hoạt tổng hợp arginine nội sinh, cũng được báo cáo giúp cải thiện hiệu quả sinh sản ở chuột và heo hậu bị.

Tuy nhiên, tác động cụ thể của nó lên heo cái, cũng như ảnh hưởng đến biểu hiện gen mục tiêu và các thay đổi chuyển hóa, vẫn chưa được biết đến. Nghiên cứu này nhằm điều tra tác động của việc bổ sung NCG trong giai đoạn đầu thai kỳ đến kết quả thai kỳ, biểu hiện gen và những thay đổi chuyển hóa ở heo cái và heo hậu bị. Các kết quả nghiên cứu cung cấp những hiểu biết về lợi ích tiềm năng của NCG trong việc cải thiện hiệu quả sinh sản và dữ liệu trao đổi chất trong thai kỳ.

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu này được thực hiện theo các hướng dẫn về phúc lợi động vật của Trung Quốc và đã nhận được sự chấp thuận từ Ủy ban Chăm sóc và Sử dụng động vật của Đại học Nông nghiệp Trung Quốc.

Nghiên cứu tiến hành trên 80 heo nái nhằm điều tra ảnh hưởng của việc bổ sung N-Carbamylglutamate (NCG) từ giai đoạn đầu mang thai đến kết quả thai kỳ. Heo nái được nuôi nhốt riêng lẻ và thực hiện thụ tinh nhân tạo. Chúng được chia thành một nhóm đối chứng và ba nhóm bổ sung NCG (Ngày 1-8, ngày 9-28, và ngày 1-28). Các thông số như kích thước lứa đẻ, trọng lượng khi sinh và số lượng heo con chết lưu được ghi nhận.

Bảng 1. Thành phần và hàm lượng dinh dưỡng của khẩu phần ăn cơ bản cho heo nái mang thai

¹Premix cung cấp các thành phần sau (mg/kg khẩu phần): vitamin A, 3.47; vitamin D3, 0.04; vitamin E acetate, 10.10; vitamin K3, 1.60; vitamin B6, 1.50; vitamin B12, 0.01; riboflavin, 3.00; thiamine, 1.50; niacin, 22.50; calcium pantothenate, 15; folic acid, 2.50; biotin, 0.20; Mn, 40.00; Fe, 85.00;  Cu, 1.50; Zn, 75.00; I, 0.09; Se, 0.03.

²Giá trị dựa trên phân tích.

³Giá trị dựa trên tính toán.

Trong một nghiên cứu riêng, 16 heo hậu bị được phân vào nhóm đối chứng hoặc cho ăn chế độ ăn bổ sung 0,05% NCG trong giai đoạn đầu thai kỳ. Mẫu máu và mô được thu thập để phân tích biểu hiện gen ở bào thai, nhau thai và niêm mạc tử cung. Các thay đổi về trao đổi chất trong huyết thanh và dịch ối cũng được kiểm tra.

Các thí nghiệm in vitro được thực hiện với tế bào pTr từ phôi để nghiên cứu tác động của arginine, glutamine, glutamate và proline lên huyết thanh heo nái do việc bổ sung NCG.

Việc chiết xuất các chất chuyển hóa (metabolite) được thực hiện cho cả mẫu nội bào và ngoại bào. Sử dụng sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) để tách các chất chuyển hóa phân cực, và khối phổ (MS) để phân tích. Dữ liệu được xử lý để xác định các chất chuyển hóa tiềm năng.

Biểu hiện protein trong tế bào pTr và mẫu mô từ nhau thai, niêm mạc tử cung và thai nhi được phân tích bằng phương pháp Western blot. Các kháng thể đặc hiệu cho các protein mục tiêu này được sử dụng để phát hiện và định lượng.

Dữ liệu từ hiệu quả sinh sản, biểu hiện gen và chuyển hóa được phân tích bằng các phương pháp thống kê thích hợp. Kết quả được đánh giá về ý nghĩa thống kê, với ngưỡng được thiết lập ở P < 0,05. Phân tích thành phần chính (PCA) và phân tích con đường cũng được thực hiện trên dữ liệu chuyển hóa để xác định các metabolite khác biệt.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

NCG có tác dụng tương tự như bổ sung arginine vào khẩu phần ăn, nhưng có những lợi ích riêng biệt như không ảnh hưởng đến sự hấp thụ của các axit amin khác, hiệu quả ở liều thấp, thời gian bán hủy dài và chi phí hợp lý.

Việc bổ sung NCG trong giai đoạn từ ngày 1-28 của thai kỳ đã làm tăng số lượng tổng heo con được sinh ra và số con sống trên mỗi lứa so với chế độ ăn đối chứng hoặc việc bổ sung NCG trong các khoảng thời gian khác (Bảng 2). Tuy nhiên, không có sự khác biệt đáng kể nào về tăng trọng của heo mẹ, số con chết lưu, số con chết khô, hoặc trọng lượng sơ sinh của heo con.

Bảng 2. Ảnh hưởng của việc bổ sung N-Carbamylglutamate (NCG) lên năng suất sinh sản ở heo nái

Chú ý: ¹Số lượng heo nái trong các nhóm là: nhóm ĐC (Đối chứng) có 18, NCG 1 có 18, NCG 2 có 16, và NCG 3 có 17. Các ký hiệu a, b trong cùng một hàng chỉ ra sự khác biệt có ý nghĩa với P < 0.05.

²SEM là sai số chuẩn của trung bình.

³Tỷ lệ thai chết = số lượng heo con chết lưu và chết khô/ tổng số lượng heo con được sinh ra trên mỗi lứa.

Phân tích chuyển hóa trong huyết thanh (Bảng 3) và nước ối (Bảng 4) cho thấy nồng độ các chất chuyển hóa liên quan đến trao đổi năng lượng và lipid, chuyển hóa glutathione, và điều hòa miễn dịch đã tăng lên nhờ việc bổ sung NCG cho heo nái. Những thay đổi này có lợi cho sự phát triển của phôi và bảo vệ chống lại stress oxy hóa. Việc tăng cường các con đường điều hòa miễn dịch ở heo nái được bổ sung NCG gợi ý rằng khả năng sống của phôi và kết quả thai kỳ có thể được cải thiện. Dữ liệu về proteome cũng cho thấy sự tăng cường các yếu tố liên quan đến cấy ghép và phát triển phôi qua việc bổ sung NCG.

Bảng 3. Các chất chuyển hóa trong huyết thanh có sự khác biệt giữa nhóm đối chứng và nhóm N Carbamylglutamate.

Lưu ý: ¹Số lần thay đổi (Fold change), dựa trên dữ liệu đã được chuẩn hóa, được định nghĩa là tỷ lệ chênh lệch về nồng độ quan sát được giữa nhóm NCG và nhóm đối chứng.

²VIP (Variable in project – Biến trong mô hình phân tích dữ liệu) được sử dụng để lựa chọn các biến khác biệt như là các dấu hiệu tiềm năng để phân biệt hai nhóm. Điểm số càng cao, chất chuyển hóa càng quan trọng.

Bảng 4. Các chất chuyển hóa trong nước ối có sự khác biệt giữa nhóm đối chứng và nhóm N-Carbamylglutamate

Lưu ý: ¹Số lần thay đổi (Fold change), dựa trên dữ liệu đã được chuẩn hóa, được định nghĩa là tỷ lệ chênh lệch về nồng độ quan sát được giữa nhóm NCG và nhóm đối chứng.

²VIP (Variable in project – Biến trong mô hình phân tích dữ liệu) được sử dụng để lựa chọn các biến khác biệt như là các dấu hiệu tiềm năng để phân biệt hai nhóm. Điểm số càng cao, chất chuyển hóa càng quan trọng.

Phân tích độ phong phú của các protein PGRMC1, lamin A/C và eNOS trong nội mạc tử cung, bào thai và nhau thai của heo cái vào ngày 28 của thai kỳ cho thấy việc bổ sung NCG đã làm tăng đáng kể sự biểu hiện của những protein này trong nhau thai và bào thai so với nhóm đối chứng (Hình 1). Ở nội mạc tử cung, việc bổ sung NCG đã tăng cường sự biểu hiện của PGRMC1 và eNOS, nhưng không ảnh hưởng đến lamin A/C.

Hình 1. Biểu hiện của protein PGRMC1, eNOS và lamin A/C trong nhau thai (A), bào thai nhi (B) và nội mạc tử cung (C) của heo nái vào ngày 28 của thai kỳ. Heo nái được cho ăn khẩu phần đối chứng hoặc bổ sung 0,05% N-Carbamylglutamate trong suốt 28 ngày đầu của thai kỳ. Vào ngày 28 của thai kỳ, nhau thai và nội mạc tử cung được tách riêng một cách cẩn thận từ tử cung của từng bào thai. Tất cả các mẫu mô sau đó được đông lạnh ngay lập tức trong nitơ lỏng và bảo quản ở -80℃.

Phân tích sâu hơn cho thấy arginine, proline, glutamine hoặc glutamate đã ảnh hưởng đến mức độ biểu hiện của PGRMC1, lamin A/C, eNOS và vimentin của các tế bào pTr (Hình 2). Arginine làm tăng sự biểu hiện của PGRMC1 và eNOS phụ thuộc vào liều lượng, trong khi glutamine kích thích sự biểu hiện của PGRMC1 và eNOS. Glutamate làm tăng sự biểu hiện của vimentin và lamin A/C, và proline làm tăng sự biểu hiện của lamin A/C. Tuy nhiên, proline và glutamate không ảnh hưởng đáng kể đến sự biểu hiện của PGRMC1 trong các tế bào pTr.

Hình 2. Ảnh hưởng của arginine (A), glutamine (B), glutamate (C) và proline (D) lên biểu hiện của protein PGRMC1, eNOS, lamin A/C và vimentin trong các tế bào Tr của heo. Các tế bào được nuôi trong môi trường tùy chỉnh và thiếu serum qua đêm, thiếu hụt một trong các axit amin: arginine, proline, glutamate hoặc glutamine, rồi được thêm vào với các liều khác nhau (0, 0.25, 0.50, 1.00 mM) của Arg, Pro, Glu hoặc Gln trong 24 giờ. Tất cả các thí nghiệm được lặp lại ít nhất 2-3 lần.

PGRMC1 tham gia vào các quá trình trong thai kỳ sớm như chống apoptosis (chết tế bào theo chương trình) và tổng hợp steroid. Việc bổ sung NCG làm tăng sự biểu hiện của PGRMC1, cho thấy lợi ích tiềm năng cho sự phát triển của nội mạc tử cung, bào thai và nhau thai. Các enzyme NOS, rất quan trọng cho việc tổng hợp nitric oxide, đóng vai trò trong cấy ghép phôi và phát triển nhau thai. Sự tăng cường biểu hiện của eNOS cho thấy khả năng cấy ghép phôi và phát triển mạch máu được cải thiện. Sự điều chỉnh biểu hiện vimentin do bổ sung NCG có thể hỗ trợ sự phát triển của phôi và bào thai, trong khi sự tăng cường biểu hiện của lamin A/C có thể hỗ trợ phát triển phôi sớm đáp ứng với nguồn cung NCG.

KẾT LUẬN

Cung cấp NCG cho heo nái trong giai đoạn đầu thai kỳ đã cải thiện kết quả thai kỳ thông qua việc điều chỉnh các yếu tố liên quan đến cấy ghép và phát triển phôi trong nội mạc tử cung, bào thai và nhau thai, cũng như điều hòa các chất chuyển hóa trong nước ối và huyết thanh, chủ yếu liên quan đến trao đổi năng lượng, lipid, glutathione và điều hòa miễn dịch. Những phát hiện này cho thấy NCG có tiềm năng lớn để cải thiện hiệu quả sinh sản ở heo nái.