家禽の呼吸器疾患を検出するバイオマーカーとして、アラキドン酸代謝が上昇し、血清中にLTC4を誘導することを明らかにした

Arachidonic acid metabolism is elevated in and co-infection and induces LTC4 in serum as the biomarker for detecting poultry respiratory disease.

• Zhiyong Wu
• Chunli Chen
• Qiaomei Zhang
• Jiaxin Bao
• Qianqian Fan
• Rui Li
• Muhammad Ishfaq
• Jichang Li

抄録

家禽業界では、罹患率や死亡率の高い多発性呼吸器疾患の発生が頻繁に報告されている。代謝プロファイリングは、バイオマーカーの同定や複雑なメカニズムの理解のために、代謝疾患や感染症の分野で広く利用されている。本研究では、()と()の共感染モデルを対象に非標的メタボロミクスを行い、血清中のロイコトリエンC4（LTC4）、ロイコトリエンD4（LTD4）、チェノデオキシコレート、リノール酸、その他多くのエネルギー代謝物に有意な変動が認められた。KEGG エンリッチメント解析の結果、リノール酸、タウリン、アラキドン酸（AA）の代謝経路がアップレギュレーションされていることが明らかになった。共感染の影響をさらに特徴づけるために、代謝産物および酵素遺伝子を用いてAA代謝ネットワーク経路を行った。その結果、LTC4の発現は極めて有意に増加し、感染の程度の違いに伴って増加した。一方、AA代謝ネットワークは、複数の呼吸器疾患が発生した場合の経路における各種代謝産物の変化とその違いを行った。以上のことから、共感染はAA代謝の活性化により血清メタボロームに明瞭な変化を誘導していることが示唆された。さらに、血清中のLTC4は家禽呼吸器疾患を検出するためのバイオマーカーとして利用できる可能性がある。

Outbreaks of multiple respiratory diseases with high morbidity and mortality have been frequently reported in poultry industry. Metabolic profiling has showed widespread usage in metabolic and infectious disease for identifying biomarkers and understanding of complex mechanisms. In this study, the non-targeted metabolomics were used on () and () co-infection model in serum, which showed that Leukotriene C4 (LTC4), Leukotriene D4 (LTD4), Chenodeoxycholate, Linoleate and numerous energy metabolites were varied significantly. KEGG enrichment analysis revealed that the metabolic pathways of linoleic acid, taurine and arachidonic acid (AA) were upregulated. To further characterize the consequences of co-infection, we performed an AA metabolic network pathway with metabolic products and enzyme genes. The results showed that the expression of LTC4 increased extremely significant and accompanied with different degree of infection. Meanwhile, the AA network performed the changes and differences of various metabolites in the pathway when multiple respiratory diseases occurred. Taken together, co-infection induces distinct alterations in the serum metabolome owing to the activation of AA metabolism. Furthermore, LTC4 in serum could be used as the biomarker for detecting poultry respiratory disease.

ABBREVIATIONS:

ＭＧ：大腸菌：；ＡＡ：アラキドン酸；ＬＴＣ４．ロイコトリエンＣ４；ＣＲＤ：慢性呼吸器疾患；ＫＥＧＧ：京都遺伝子・ゲノム百科事典；ＬＴｓ：ロイコトリエン；ＰＧｓ：プロスタグランジン；ＮＯ：一酸化窒素；ＨＩＳ：ヒスタミン；ＰＣＡ：主成分分析；ＰＬＳ-ＤＡ．偏最小二乗判別分析；ＣＣＵ：色変化単位；ＵＰＬＣ：超高性能液体クロマトグラフィー；ＭＳ：質量分析；ＤＥＭｓ：差動発現代謝物；ＥＬＩＳＡ：酵素結合免疫吸着アッセイ；ＳＤ：標準偏差；ＶＩＰ．投影における可変的重要度。

ABBREVIATIONS: MG: E.coli: ; AA: Arachidonic acid; LTC4: Leukotriene C4; CRD: chronic respiratory diseases; KEGG: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes; LTs: leukotrienes; PGs: prostaglandins; NO: nitric oxide; HIS: histamine; PCA: Principal Component Analysis; PLS-DA: Partial Least Squares Discriminant Analysis; CCU: color change unit; UPLC: ultra-performance liquid chromatography; MS: mass spectrometry; DEMs: differentially expressed metabolites; ELISA: enzyme-linked immunosorbent assay; SD: standard deviation; VIP: Variable importance in the projection.