SUPERVISOR
Rahman Jahanian,Mahdi Mohammadalipour,Nafiseh Nili,Ahmad Riasi,Hamid reza Rahmani
رحمان جهانیان (استاد راهنما) مهدی محمدعلی پور (استاد مشاور) نفیسه نیلی (استاد مشاور) احمد ریاسی (استاد راهنما) حمیدرضا رحمانی (استاد راهنما)
STUDENT
Reza Mohammadalipour
رضا محمدعلی پور
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390
TITLE
Effect of doxycycline and feed restriction on extracellular matrix remodeling of broilers’ heart, lung and liver in pulmonary hypertension syndrome
Pulmonary hypertension syndrome also known as ascites syndrome is one of the major causes of mortality and economic loss in broiler industry. However, the pathogenesis of this syndrome is not fully elucidated yet, specifically at a cellular-molecular level. Accordingly, aim of the first experiment of our study was to investigate extracellular matrix (ECM) remodeling of four important tissues involved in pathogenesis of ascites syndrome including: right ventricle (RV), left ventricle (LV), lung and liver. Cold temperature is one of the primary triggers for ascites syndrome which was used in this research as the induction factor. 160 one-day-old chicks (Ross 308) were divided into two groups (four pen replicates each, 20 chicks/pen) of NT (normal temperature) and CT (cold temperature). On day 21, chickens in CT group were exposed to the cold temperature whereas NT chicks continued at normal temperature. At 39 and 46 days of age two chickens with a body weight around the pen average were selected from each pen and sacrificed after collecting blood samples. Then, tissue samples from RV, LV, lung and liver were obtained for ECM investigations. Histopathological studies were done by H E staining of tissue samples. Collagen and elastin content of tissue were measured by tissue digestion in CNBr in 70% formic acid and then measuring amount of hydroxyproline via a spectrophotometry method using Chloramine-T and Ehrlich's reagents. Matrix metalloproteinases (MMPs) assessments were carried out by gelatin zymography. Data were analyzed in a completely randomized design using the GLM procedures of SAS software. Compared with NT chickens, CT ones were pulmonary hypertensive and had greater ascites mortality. Furthermore, CT birds showed considerable histopathological changes in their RV, LV, lung and liver, leading to loss of normal tissue structure. They also had higher Pro and Active MMP-2 levels, indicating increased production and activity of this enzyme in cold-exposed chickens. In CT birds, amounts of total and soluble collagen decreased in RV, LV and liver and increased in lung, insoluble collagen increased in lung and liver and elastin increased in lung tissue. These findings are indicative of ECM remodeling in cold-exposed birds. The main objective of the second experiment was to evaluate effects of doxycycline (DOX), as a MMP inhibitor, on ECM remodeling of RV, LV, lung and liver in cold-exposed broilers. 240 one-day-old chicks (Ross 308) were divided into three groups (four pen replicates each, 20 chicks/pen) of DX0, DX40 and DX80 which consumed 0, 40 and 80 mg/kg BW/d of DOX from day 19 onward, respectively. All groups exposed to the cold temperature from day 21 onward. Compared with DX0, DX40 and DX80 chickens had decreased ascites mortality. Also, they showed alleviated histopathological changes, reduced levels of Pro and Active MMP-2 and higher total and soluble collagen in RV, LV, lung and liver. They had higher contents of insoluble collagen in RV and LV and lower contents of this protein in lung and liver. These data can be indicative of alleviative effect of DOX on ECM remodeling and ascites incidence in cold-exposed chickens. Main purpose of the third experiment was to investigate effects of feed restriction on ECM remodeling in cold-exposed broilers. 160 one-day-old chicks (Ross 308) were divided into two groups (four pen replicates each, 20 chicks/pen) of Ad (free access to feed throughout the experiment) and FR (restricted access to the feed from day 7 to 14). All groups exposed to the cold temperature from day 21 onward. In comparison with Ad chickens, FR birds had decreased ascites mortality. They also showed decreased histopathological alterations and lower levels of Pro and Active MMP-2 in RV, LV, lung and liver tissues. Furthermore, they had greater amounts of total (RV, LV) and soluble (RV, LV and liver) collagen and lower contents of insoluble collagen (LV, lung and liver). These results can suggest that feed restriction has an inhibitory effect on ECM remodeling in cold-exposed broilers. In conclusion, results of these three studies may suggest that pulmonary hypertension induces ECM remodeling and triggers series of events which can lead to ascites syndrome, whereas, MMP inhibitors (doxycycline in this study) as well as feed restriction can stop this procedure via inhibiting MMP-2 production and activation leading to alleviated ascites incidence. Keywords: Broilers, Ascites syndrome, Doxycycline, Feed restriction, Extracellular matrix remodeling, Matrix metalloproteinase, Collagen, Elastin
سندروم افزایش فشار خون ریوی (PHS) یا سندروم آسیت یک بیماری متابولیک شایع در جوجه های گوشتی می باشد که هنوز روند پاتوژنزیس آن به درستی مشخص نیست. از این رو، هدف آزمایش اول این پژوهش بررسی تغییرات ماتریکس خارج سلولی چهار بافت مهم درگیر شونده در PHS شامل بطن راست و چپ قلب، شش و کبد برای دستیابی به تصویر روشن تری از مکانیزم های سلولی-ملکولی دخیل در روند پاتوژنزیس این سندروم بود. یکی از عوامل مهم القا کننده PHS سرما می باشد که در هر سه آزمایش این پژوهش مورد استفاده قرار گرفت. بر این اساس تعداد 160 جوجه یکروزه سویه راس 308 در دو گروه CT (تحت استرس سرمایی) و NT (در شرایط طبیعی) تقسیم شدند (هر گروه 4 پن، 20 جوجه در هر پن) که جوجه های CT از 21 روزگی تا آخر آزمایش در معرض هوای سرد قرار داشتند. در روزهای 39 و 46 دو پرنده از هر پن انتخاب گردید و نمونه بافت های بطن راست و چپ قلب، شش و کبد تهیه شدند. برای بررسی های هیستوپاتولوژیکی از رنگ آمیزی H E استفاده شد. مقدار الاستین و بخش های مختلف کلاژنی با استفاده از روش هضم توسط محلول سیانوژن بروماید در اسید فرمیک %70 و سپس اندازه گیری مقدار هیدروکسی پرولین به روش اسپکتروفتومتری و با استفاده از دو معرف کلرامین-T و ارلیخ ارزیابی شد. تغییرات میزان متالوپروتئینازهای ماتریکس خارج سلولی (MMPها) با روش ژلاتین زایموگرافی مورد بررسی قرار گرفت. آنالیزهای آماری در قالب یک طرح کاملا تصادفی با استفاده از رویه GLM نرم افزار SAS انجام شده و 05/0? P از لحاظ آماری معنی دار در نظر گرفته شد. نتایج آزمایش اول نشان داد که جوجه های CT مبتلا به افزایش فشار خون ریوی (PH) بودند و میزان تلفات آسیت در آن ها بیشتر از جوجه های NT بود. بطن راست و چپ، شش و کبد در جوجه های CT دچار تغییرات هیستوپاتولوژیکی و ریمادلینگ بافتی شده، انسجام، معماری نرمال و تمامیت بافتی خود را از دست داده بودند. سطوح MMP-2 کل و فعال در هر چهار بافت این جوجه ها افزایش داشت که بیانگر افزایش تولید و فعالیت این آنزیم می باشد. همچنین در جوجه های CT مقادیر کلاژن کل و محلول در بطن های قلب و کبد کاهش و در شش افزایش یافت، کلاژن نامحلول در شش و کبد افزایش یافت و الاستین فقط در شش افزایش داشت. این نتایج نشان دهنده ریمادلینگ ماتریکس خارج سلولی در جوجه های CT بوده و می توان نتیجه گرفت که سرما و PH سبب ریمادلینگ ماتریکس خارج سلولی و به دنبال آن بروز سندروم آسیت در جوجه های گوشتی می شود. هدف آزمایش دوم بررسی تاثیر یک مهار کننده MMPها (در اینجا داکسی سایکلین (DOX)) بر روند تغییرات ماتریکس در جوجه های تحت استرس سرمایی بود. برای این منظور 240 جوجه یکروزه راس 308 در سه گروه آزمایشی (هر گروه 4 پن، 20 جوجه در هر پن) شامل DX0 که DOX دریافت نکردند و DX40 و DX80 که از 19 روزگی به ترتیب 40 و 80 میلی گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن در روز DOX دریافت می کردند، تقسیم شدند. هر سه گروه از 21 روزگی در معرض هوای سرد قرار گرفتند. نمونه برداری ها و آزمایشات همانند آزمایش اول بود. میزان تلفات آسیت در جوجه های مصرف کننده DOX کمتر بود و تفاوتی بین دوزهای آن وجود نداشت. تغییرات هیستوپاتولوژیکی در آن ها به شدت کاهش یافت و انسجام و ساختار نرمال بافت به مراتب بیشتر از جوجه های DX0 حفظ شده بود. سطوح MMP-2 کل و فعال در هر چهار بافت جوجه های مصرف کننده DOX کمتر بود که نشانه کاهش تولید و فعالیت این آنزیم می باشد. همچنین این جوجه ها دارای کلاژن کل و محلول بیشتر در همه بافت های مورد مطالعه، کلاژن نامحلول بیشتر در بطن راست و چپ و کمتر در شش و کبد بودند. بعلاوه مقدار الاستین در بطن های راست و چپ و کبد جوجه های مصرف کننده DOX بیشتر از DX0 بود. در مجموع، نتایج آزمایش دوم می توانند نشان دهنده اثر کاهشی مهار MMP-2 بر ریمادلینگ ماتریکس و بروز سندروم آسیت در جوجه های تحت استرس سرمایی باشد. هدف آزمایش سوم بررسی تاثیر اعمال محدودیت غذایی بر تغییرات ماتریکس جوجه های تحت استرس سرمایی بود. بدین منظور 160 جوجه یکروزه راس 308 در دو گروه (هر گروه 4 پن، 20 جوجه در هر پن) شامل Ad که در تمام طول آزمایش دسترسی آزاد به خوراک داشتند و FR که از 7 تا 14 روزگی تحت محدودیت غذایی کمی با شدت %40 قرار داشتند، تقسیم شدند. هر دو گروه از 21 روزگی در معرض استرس سرمایی قرار داشتند. نمونه برداری ها و آزمایشات همانند آزمایش اول بود. نتایج این آزمایش نشان دهنده کاهش تلفات ناشی از آسیت در جوجه های FR بود. همچنین تغییرات هیستوپاتولوژیکی و ریمادلینگ بافتی در بطن راست و چپ، شش و کبد جوجه های FR کمتر بود. این جوجه ها سطوح MMP-2 کل و فعال کمتری داشتند که بیانگر کاهش تولید و فعالیت این آنزیم است. کلاژن کل و محلول در بطن های راست و چپ جوجه های FR بیشتر بود و کبد آن ها کلاژن محلول بالاتری داشت. میزان کلاژن نامحلول در بطن چپ، شش و کبد گروه FR کمتر بود. نتایج این آزمایش می توانند بیانگر تاثیر کاهشی محدودیت غذایی بر ریمادلینگ ماتریکس خارج سلولی و بروز سندروم آسیت در جوجه های تحت استرس سرمایی باشد. در مجموع نتایج این سه آزمایش نشان داد که PH سبب افزایش تولید و فعالیت MMP-2 و ریمادلینگ ماتریکس خارج سلولی شده و روندی را آغاز می کند که در نهایت منجر به بروز سندروم آسیت می گردد، درحالیکه به نظر می رسد