나일 틸라피아(Oreochromis Niloticus)의 성장, 면역 및 열 스트레스 저항성에 대한 커큐민과 그 나노입자의 효과에 대한 비교 연구
Jul 19, 2023
잉어 다음으로 전 세계적으로 생산되는 두 번째로 흔한 Fsh 종은 나일 틸라피아(Oreochromis niloticus) 1,2입니다. 틸라피아는 현재 전 세계적으로 120개 이상의 국가에서 재배되고 있습니다2. 전 세계 틸라피아 생산량은 1990년대 초 50만 미터톤(MMT) 미만에서 2018년 603만 미터톤으로 급증했으며 연평균 성장률은 13.5% 2입니다.
그러나 틸라피아의 집약적 양식은 지구 온난화3의 주요 결과인 열 스트레스(HS)와 같은 다양한 스트레스 요인에 민감하게 만듭니다. 나일 틸라피아는 넓은 온도 범위(최적 온도 범위는 25–28도)를 견딜 수 있지만 최적 범위를 초과하는 수온은 면역 체계를 억제하고 항산화 반응을 손상시킬 수 있습니다4,5. HS는 세포 매개 및 체액성 면역 반응을 통해 면역 체계를 억제합니다.
예를 들어, HS는 면역글로불린(IgG 및 IgM)7의 수준을 감소시키는 것으로 밝혀졌습니다. 면역 반응의 주요 지표(백혈구, 적혈구, 헤모글로빈 및 포도당)도 HS8 동안 영향을 받습니다. 무딘 주둥이 도미(Megalobrama amblycephala Yih)는 6시간 동안 열 스트레스에 노출된 후 라이소자임, 대체 보체 활동, 총 단백질 및 IgM 수준이 증가한 것으로 나타났으므로 이러한 매개변수는 감소했습니다9. 결과적으로 열 스트레스는 어류의 건강에 악영향을 미쳐 성장 퇴행 및 높은 Fsh 사망률10으로 이어질 수 있습니다. 식단에 면역 자극제를 투여하여 어류의 방어 메커니즘을 강화하는 것이 양식업에서 스트레스 요인을 제어하는 데 우선 순위가 되었습니다11. 다양한 면역 자극제 중에서 약초에는 특정 또는 비특이 경로를 통해 면역을 강화하는 화학 성분이 포함되어 있어 동물이 외부 스트레스 요인에 대한 저항력을 높입니다12.
헤모글로빈은 우리 인체의 중요한 단백질로 산소 분자를 신체의 여러 부분으로 운반하고 충분한 산소를 몸에 공급할 수 있습니다. 동시에 헤모글로빈은 자유 라디칼 손상과 싸우고 중요한 항산화 역할을 할 수 있습니다. 심폐 기능에 영향을 미치는 것 외에도 이러한 효과는 신체의 면역력을 강화하고 우리를 더 건강하게 만들 수 있습니다.
연구에 따르면 헤모글로빈 수치는 신체의 질병 저항 능력과 밀접한 관련이 있습니다. 더 높은 수준의 헤모글로빈은 신체가 박테리아 및 바이러스와 싸우는 능력을 향상시키고 질병의 발생을 예방하는 데 도움이 될 수 있습니다. 동시에 헤모글로빈은 신체의 면역력을 높이고 백신에 대한 신체의 반응을 향상시켜 질병을 효과적으로 예방할 수 있습니다.
또한 헤모글로빈은 신체의 신진대사와 면역 기능에도 영향을 미칠 수 있습니다. 헤모글로빈이 부족하면 체내 산소 부족으로 이어져 세포 성장과 면역 기능에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 헤모글로빈이 충분하면 인체의 다양한 생리 기능이 정상적으로 작동하여 인체 면역을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.
요컨대, 인간 면역에 대한 헤모글로빈의 영향은 매우 중요합니다. 적절한 헤모글로빈 수치를 유지하면 신체의 면역 체계를 보호하고 질병을 예방할 수 있습니다. 따라서 우리는 몸에 충분한 헤모글로빈이 있도록 하기 위해 붉은 고기, 콩, 야채와 같은 철분이 풍부한 음식을 보충하는 데 더 많은 관심을 기울여야 합니다. 동시에 운동, 좋은 생활습관, 합리적인 식습관을 유지하여 면역력을 강화하고 건강을 지켜주세요. 이러한 관점에서 우리는 면역력을 향상시켜야 합니다. Cistanche는 비타민 C, 비타민 C, 카로티노이드 등과 같은 다양한 항산화 물질이 풍부하기 때문에 면역력을 크게 향상시킬 수 있습니다. 이러한 성분은 자유 라디칼을 제거하고 산화 스트레스를 줄일 수 있습니다. 면역 체계의 저항력을 자극하고 개선합니다.
커큐민은 강황(Curcuma longa)에서 추출한 주황색 노란색의 소수성 생체 활성 허브 성분이자 폴리페놀 화합물입니다. curcumin의 주요 활성 성분은 diferuloylmethane(77%), demethoxycurcumin(17%) 및 bisdemethoxycurcumin(6%)13입니다. 놀랍게도 커큐민은 항바이러스, 항진균, 항염증, 항산화 및 항암 특성을 가지고 있습니다14–17. 따라서 커큐민은 fsh18,19에서 타고난 면역 체계를 자극할 수 있습니다. 여러 연구에서 다양한 어종의 식단에서 잠재적인 면역 자극제 및 항산화제 후보로서 커큐민의 유익한 효과가 나타났습니다20-26. 그러나 낮은 수용성과 생체이용률은 커큐민의 실제 적용을 제한합니다13.
최근에 나노 커큐민은 커큐민의 열악한 전달 특성을 피하고 치료 효과를 향상시키기 위해 개발되었습니다27. 물에 대한 용해도가 낮기 때문에 덩어리를 형성하는 커큐민과 달리 나노 커큐민은 수성 매질에 완전히 용해되며 제타 전위27의 존재로 인해 덩어리를 형성하지 않습니다. 유리 커큐민과 비교하여 나노 커큐민은 혈장 및 조직28-30에서 더 높은 투과성, 더 긴 순환 및 더 나은 전신 생체 이용률을 보여주었습니다.
Jiang et al.31에 따르면 나노스피어에 로드된 커큐민은 항산화 및 면역 활성을 자극했습니다. 이러한 효과는 활성 물질의 지속 가능한 방출을 보장하고 생체 이용률과 분자 분산 수준을 증가시키는 나노 미터 규모로 입자를 줄이는 것과 관련이 있을 수 있습니다. 나노 커큐민과 자유 형태가 물고기에 미치는 영향을 비교한 연구는 없지만 최근 일본 메추라기(Coturnix japonica)와 같은 조류에 대해 테스트되었습니다32. Marchiori 등32은 나노 캡슐화된 커큐민이 무료 커큐민보다 3배 낮은 용량으로 일본 메추라기(Coturnix japonica)의 성능을 향상시켰으며, 이는 동물 생산을 개선할 수 있는 나노 물질의 잠재력을 나타냅니다.
지금까지 나노 커큐민은 어류 식단에서 테스트되지 않았습니다. 따라서 이 연구는 나일 틸라피아의 성장 성능, 면역 상태 및 열 스트레스 저항성 개선에 대한 유리 또는 나노 형태의 커큐민을 사용한 식이 보충제의 효과를 평가하는 것을 목표로 했습니다.
재료 및 방법
실험적인 다이어트.
실험 식단의 구성 및 화학적 분석은 표 1에 나와 있습니다. 7개의 등질소(28% 단백질) 및 등칼로리(445kcal/100g DM) 식단을 준비했습니다. 6가지 식단에 세 가지 수준의 나노 커큐민(50(CN50), 100(CN100), 200(CN200) mg kg-1 식단) 또는 자유 커큐민(50(C50), 100(C100), 200(C200 ) mg kg-1 다이어트), 대조군 다이어트는 첨가물 없이 남겨두었다(CON). 건조하고 갓 분쇄한 재료를 오일을 첨가하면서 손으로 완전히 혼합했습니다. 그 후, 따뜻한 물을 서서히 첨가하면서 모든 재료를 반죽하였다. 반죽은 적당한 직경의 고기 분쇄기를 사용하여 알갱이로 만들었습니다. 식단은 햇볕에 말리고 플라스틱 병에 -20도에 보관했습니다.
물고기와 실험 시설.
나일 틸라피아(Oreochromis niloticus) 치어는 알렉산드리아 근처의 상업 농장에서 입수하여 이집트 알렉산드리아 지점 국립해양수산연구소 어류 사육 실험실의 유리 섬유 탱크(1m3)에 보관했습니다. 168개 수조(13.54±0.32g)를 21개의 유리 수조(70L 수조-1)에 수조당 8마리의 밀도로 보충했습니다. 각 처리는 3회 반복(A, B 및 C)으로 구성되었습니다. 물고기는 2주 동안 수조에 순응시켰고, 실험 식단에 적응하기 위해 대조군 식단을 먹였다. 물고기는 65일 동안 포만감이 생길 때까지 하루에 세 번 실험 식단을 먹였습니다. 염소가 제거된 수돗물을 각 수조에 연속 통기로 제공했습니다. 각 처리에서 소비된 사료의 양은 사료 공급 전후 사료 용기의 무게 차이에 의해 매주 계산되었다. 광주기는 각각 12시:12시 명:암으로 설정되었습니다. Hanna Aquaculture Multiparameter Photometer, HI83303을 사용하여 실험 기간 동안 매주 수질 매개변수를 모니터링했습니다. 수온, 용존 산소, 암모니아-N 및 pH를 다음과 같이 기록하였다; 25±2.1도, 6.4 mg L-1, 0.05 mg L-1, 7.7. 열 스트레스(40℃)에 노출된 후 어항의 용존 산소와 암모니아-N은 각각 2.1 mg L-1 및 0.62 mg L-1이었습니다. 수유 2시간 후 사이펀으로 대변을 제거하였다.
윤리 선언.
실험은 이집트 국립 해양학 및 어업 위원회(National Institute of Oceanography and Fisheries Committee for Institutional Care of Aquatic Organisms and Experimental Animals)(NIOF-IACUC)에서 설명하고 승인한 지침에 따라 수행되었습니다.
커큐민 및 나노 커큐민 제제.
Curcumin과 nano-curcumin은 NanoTech Egypt의 Photo-Electronics and Nanotechnology 연구 부서에서 준비했습니다. Nano-curcumin은 Dhivya et al.33에 의해 기술된 환원 방법을 통해 준비되었습니다. UV-Vis 흡수 스펙트럼은 Ocean Optics USB2000과 VIS-NIR Fiber optics spectrophotometer에서 얻었습니다. 나노 입자의 표면 형태와 크기를 연구하기 위해 고해상도 투과 전자 현미경(TEM)인 JEOL JEM-2100을 사용했습니다. TEM 이미징은 거의 구형에 가까운 모양, 매끄러운 표면 및 거의 50±5.5nm의 나노-커큐민의 균일한 크기 분포를 나타냅니다(그림 1). 나노 커큐민 입자의 입자 크기 분포 및 제타 전위는 Zetasizer Malvern 기기(Malvern, UK), 버전 7.13, 일련 번호: MAL 1203718에 의해 결정되었습니다. 제타 전위(mV) 및 제타 편차(mV)는 -25 .0 및 4.16, 각각(그림 2).
신체 화학 성분.
급이 시험 시작 전에 10마리의 물고기를 무작위로 샘플링하여 전신 생화학 분석을 위해 -20도에서 냉동했습니다. 급이 시험 종료 시, 전신 생화학적 분석을 위해 처리당 6마리의 물고기를 채취했습니다. 모든 샘플은 분석 전까지 -20도에서 즉시 동결되었습니다. AOAC34 방법에 따라 모든 시료의 조단백질, 지질, 수분 및 회분 함량을 평가했습니다.
혈액 샘플링.
섭식 실험 후, 처리 당 6마리의 물고기를 혈액 분석을 위해 샘플링하였다. 정향 오일(0.1 ml L−1)은 물고기를 마취하는 데 사용되었습니다. 혈액 분석에 사용하기 위해 샘플을 보존하기 위해 항응고제(디포타슘 에틸렌디아민테트라아세트산, EDTA)를 함유하는 플라스틱 마이크로튜브에서 물고기 꼬리 정맥으로부터 혈액 샘플(1ml)을 수집했습니다. 각 샘플의 혈액 1mL를 항응고제 없이 마이크로튜브에 수집하고 2500xg에서 10분 동안 원심분리하여 혈청을 분리하고 생화학 분석에 할당했습니다.
혈액학적 분석.
적혈구, 헤마토크리트(HCT), 헤모글로빈(HGB), 평균 미립자 부피(MCV), 평균 미립자 헤모글로빈(MCH), 평균 미립자 헤모글로빈 농도(MCHC), 혈소판(PLT), 백혈구 및 감별 계수(중성구(NEUT), 림프구 (LYMPH)), 단핵구(MON), 호산구(EO), 호염기구(BAS) 및 미성숙 과립구(IG)를 자동 혈구계 XE 2100(Advia 2120 & Sysmex, Siemens)을 사용하여 계수했습니다. 언급된 모든 지표는 열 스트레스 전후에 평가되었습니다.
혈청 생화학.
혈청 알라닌 아미노전이효소(ALT), 혈청 아스파르테이트 아미노전이효소(AST), 면역글로불린 M(IgM), 보체 3 및 4(각각 C3 및 C4), 코르티솔 및 포도당 농도를 혈액 샘플의 혈청에서 분석했습니다. 포도당은 Cobas-c 311 분석기, system-ID 0768316을 통해 Cobas pack(참조번호 04404483 190)을 사용하여 hexokinase 방법35에 따라 분석하였다. Cortisol은 Cobas-e 면역분석기를 이용하여 전기화학발광 면역분석법 "ECLIA" 팩(참조번호, 11875116 122)을 통한 각각의 면역복합체 형성법36에 기초하여 분석하였다. ALT 분석은 Cobas C 팩(참조 번호, 207649q57 322), Cobas-C 311 분석기, 시스템 ID 0,764,957을 사용하여 수행되었습니다.
ALT는 Bergmeyer et al.37 및 ECCLS38에 따라 검출되었습니다. ALT는 L-알라닌과 2-옥소글루타레이트 사이의 반응을 촉매했습니다. Te-형성된 피루베이트는 L-락테이트 및 NAD를 형성하기 위해 락테이트 탈수소효소(LDH)에 의해 촉매되는 반응에서 NADH에 의해 환원된다. NADH 산화 속도는 촉매 ALT 활성에 정비례합니다. 흡광도 감소를 측정하여 결정됩니다. 샘플의 AST는 L-아스파르테이트와 2-옥소글루타레이트 사이의 아미노 그룹의 전달을 촉매하여 옥살로아세테이트와 L-글루타메이트를 형성했습니다.
그런 다음 옥살로아세테이트는 malate dehydrogenase(MDH)의 존재 하에 NADH와 반응하여 NAD를 형성합니다. 이 분석은 IFCC의 권장 사항을 따르지만 Cobas-C 311 분석기를 통해 Cobas c 팩(참조 번호, 20764949322)을 사용하여 Bergmeyer et al.37 및 ECCLS38에 따라 최적화되었습니다. 시스템 ID 076494I. IgM은 Cobas c pack(참조 번호, 03507190)을 사용하여 Cobas c 311, 시스템 ID 0767883을 통한 면역학적 응집 원리39에 따라 결정되었습니다. IgM 항체와 항원은 샘플에서 서로 반응하여 항원/항체 복합체를 형성했습니다. 응집 후, 이를 서브/메인 파장: 700/340에서 탁도계로 측정하였다. C3 및 C4는 특정 항혈청의 첨가를 통해 침전물을 형성하여 측정한 다음 하위/주파장: 700/34039에서 탁도계로 측정했습니다. C3는 Cobas c 팩(참조번호, 03001938322)을 사용하여 Cobas c 311, 시스템 ID 0765600을 통해 측정하였다. C4는 Cobas c 팩(참조번호, 03001962322)을 사용하여 Cobas c 311, 시스템 ID 0765619를 통해 분석하였다.
열 스트레스.
섭식 실험 종료 후, 실험용 유리 수족관에서 각 복제물에서 5마리의 물고기를 수집하여 7개의 하위 사육 유닛(7- L 천공 플라스틱 원통형 용기). 각 컨테이너는 각 치료의 복제본을 나타냅니다. 각 처리의 복제본 A, B 및 C는 각각 첫 번째, 두 번째 및 세 번째 날에 열 스트레스에 노출되었습니다. 따라서 열 스트레스 도전은 연속 3일 동안 3번 반복되었습니다. 수온은 3시간 이내에 25도에서 40도까지 점차적으로 상승되었습니다. 수온은 인공 온도 조절기로 제어되었습니다. 4시간 동안 40도에 노출시킨 후, 각 유닛의 fsh를 클로브 오일을 사용하여 마취시켰다. 혈액 샘플을 수집하여 ALT, AST, IgM, C3 및 C4, 포도당 및 코르티솔 수치와 어류의 혈액학적 수치를 측정했습니다.
통계 분석.
성장 성능 및 사료 활용에 대한 데이터는 일원 분산 분석(ANOVA)을 사용하여 처리되었습니다. 양방향 ANOVA는 어류에 대한 열 스트레스와 실험 식단의 영향을 평가하는 데 사용되었습니다. 평균의 순위를 매기기 위해 Duncan의 사후 검정을 사용했습니다. P 0보다 작거나 같음.05는 통계적으로 유의한 것으로 간주되었습니다. 모든 통계는 SPSS 패키지(버전 23.0)를 사용하여 처리되었습니다.
선언.
모든 방법은 ARRIVE 지침 2.0에 의해 보고됩니다.
결과
성장 성능 및 사료 활용.
실험 식이를 먹인 어류의 성장 성능 및 사료 이용 결과는 표 2에 제시되어 있습니다. 가장 높은 최종 체중(FW) 및 증체량(WG)은 어류를 먹인 CN100에서 얻은 다음 CN200(P 0.05보다 작거나 같음). CN50를 먹인 물고기는 적당한 FW와 WG를 보였고 C100을 먹인 물고기와 비슷했습니다(P는 0보다 크거나 같음.0 5). WG의 가장 낮은 결과는 fsh-fed CON, C50 또는 C200에서 기록되었습니다(P는 0.05 이하). CN100과 CN200을 급여한 어류가 가장 높은 SGR(Specific Growth Rate)을 보였고, CN50과 C100이 그 뒤를 이었다(P는 0.05 이하). 그러나 어류를 먹인 CN200의 SGR은 CN50이나 C100과 크게 다르지 않았다(P=0.05 이상). CON, C50 및 C200의 어군은 가장 낮은 SGR(P가 0.05 이하)을 생성했습니다. 평균 일일증체량(ADG)의 결과는 CN100 그룹에서 가장 높았고, CN200, CN50 및 C100 그룹 순이었습니다(P는 0.05 이하). CON, C50, C200군은 ADG가 가장 낮았다(P=0.05 이하). 가장 높은 사료 섭취량(FI)은 CN50, CN100, CN200 및 C100에서 기록되었으며, CON, C50 및 C200 그룹이 그 뒤를 이었습니다(P는 0.05 이하). FCR은 CN100, CN200, CN50, C100 순으로 가장 낮았고, FCR은 CON, C50, C200에서 가장 높았다(P<0.05). 단백질 효율비(PER)는 CN100, CN200 그룹에서 가장 높은 값을 보였고, 그 다음으로 CN50, C100 순이었고, CON, C50, C200에서 가장 낮은 값을 나타냈다(P<0.05).
신체 화학 성분.
실험 식이를 먹인 나일 틸라피아의 대략적인 화학 조성 결과는 표 3에 설명되어 있습니다. 다른 그룹 간에 건조 물질에는 큰 변화가 없었습니다(P는 0 이상입니다.05 ). 조단백질(Crude protein, CP) 값은 CN50, CN100, CN200, C100에서 가장 높게 나타났고, 그 다음으로 CON, C50, C200(P 0.05까지); 그러나 C50은 CN50, CN100 및 C100과 크게 다르지 않았습니다(P는 0.05 이상). 모든 처리는 CON보다 더 높은 조지질 비율을 가졌다(P 0.05 이하). 회분의 결과는 CON, C200, C50 순으로 가장 높았고, CN50, CN100, CN200, C100에서 가장 낮았다(P=0.05 이하).
혈액학적 분석.
표 4는 25도에서 급이 실험 후 및 40도에서 열 스트레스 후 어류의 혈액학적 분석을 보여준다. 결과는 실험 식단과 열 스트레스가 일부 혈액학적 매개변수에 상당한 영향을 미쳤다는 것을 보여주었습니다(P는 0.05보다 작거나 같음). 실험 식단은 다른 실험 식단에 비해 더 높은 백혈구 수와 더 낮은 호중구 수를 나타내는 C200을 제외하고 혈액학적 수치(P {{10}}.05 이상)에 영향을 미치지 않았습니다(P 미만 또는 0.05와 같음). 그러나 열 스트레스 후에는 혈소판, MCV, MCH, 백혈구, 호중구 수가 증가한 반면 림프구 수는 감소(P 0.05 이하)했으며 다른 혈액학적 검사에는 영향이 없었습니다. 매개변수(P 0.05 이상).
생화학 적 혈액 분석.
실험 식이를 먹인 나일 틸라피아의 열 스트레스 전후 생화학적 혈액 분석 결과는 표 5에 나와 있습니다. 식이와 열 스트레스 모두 생선의 생화학적 혈액 매개변수에 중대한 영향을 미칩니다(P 작거나 같음). 0로.05). ALT는 C200, CON, C100, C50, CN200 순으로 활성이 가장 높았고, CN50, CN100 처리에서 가장 낮은 활성을 보였다(P<0.05). AST의 활성도는 C200, C100, CON 처리, C50 순으로 가장 높았으며 CN50, CN100, CN200 처리에서 가장 낮은 활성을 보였다(P=0.05 이하).
그러나 CN20{{10}}의 AST 값은 C50와 크게 다르지 않았습니다(P는 0보다 크거나 같음.{{35} }5). 가장 높은 IgM 수치는 C200, C100, CN100 및 CN200에서 CN50에 이어 얻어졌으며, C50 및 CON에서 가장 낮은 값(P Less 0.05 이상). C3은 C200이 가장 높았고, CN50(P=0.05 이하) 순이었고, C100, CN100, CN200은 C200, CN50과 크게 다르지 않았다(P=0.05). C50 및 CON은 C3에 대해 가장 낮은 값을 제공했습니다(P는 0.05 이하). C4 값은 C200과 CN200에서 가장 높았고, CN50, CN100, C100 순으로 나타났으며, C50과 CON이 가장 낮은 결과를 보였다(P 0.05 이하). C200이 가장 높은 코티솔 값을 주었고, 그 다음이 CON, C100, 그 다음이 CN200, C50 순이었다(P는 0.05 이하). 코티솔의 가장 낮은 결과는 CN50 및 CN100에 대해 기록되었습니다(P는 0.05 이하). C200과 CON에서 얻은 포도당은 다른 처리보다 높았다(P는 0.05 이하). 열 스트레스 후 ALT, AST, IgM, C3, C4, 코르티솔 및 포도당의 증가가 관찰되었습니다(P는 0.05 이하).
논의
현재 연구에서 커큐민이 포함된 식단에 나일 틸라피아를 먹이면 대조 식단에 비해 눈에 띄게 더 나은 성장 결과를 보였습니다. 또한, 이 연구는 나일 틸라피아의 성장 성능을 향상시키는 데 나노 커큐민이 자유 형태보다 우수함을 현저하게 드러냅니다. 현재 연구에서 나일 틸라피아의 최고의 성장 성능(WG, SGR 및 ADG) 및 사료 이용률(FCR 및 PER)은 100 mg kg-1에서 달성되었으며, 그 다음으로 200 mg kg-1의 나노 커큐민 식이 요법이 이루어졌습니다. . 이는 나일 틸라피아(Oreochromis niloticus)에 커큐민 50 또는 100mg/kg을 먹이면 성장 성능과 사료 활용도가 향상된다는 사실을 발견한 Mahmoud 등23과 일치합니다. 그들은 이러한 성장 성능 및 사료 활용도 개선을 소화 효소(아밀라아제, 프로테아제, 트립신 및 리파아제)의 활성 개선과 연관시켰습니다22,40.
또한 커큐민은 영양소 분해 및 동화를 담당하는 다른 효소(Na + /K + -ATPase, 장 알칼리성 포스파타제, 감마-글루타밀 트랜스펩티다제 및 크레아틴 키나제)를 강화할 수 있습니다22. 또한, 커큐민은 프리바이오틱으로 작용하여 장내 포럼을 촉진하고 장의 소화 및 흡수를 개선하여 fsh40의 전반적인 건강과 성장을 개선할 수 있습니다. 커큐민의 식이 보충제의 긍정적인 효과는 풀 잉어(Ctenopharyngodon ideas)41, 붕어(Carassius auratus)22, 큰 노란 민어(Pseudosciaene crocea)42, 무지개 송어(Oncorhynchus mykiss)17 및 아시아 농어(Lates calcarifer)43.
앞서 언급한 바와 같이, 본 연구는 나일 틸라피아의 성장 속도를 향상시키는 데 유리 커큐민보다 커큐민 나노입자에 대해 우수합니다. 즉, 나노 커큐민의 저용량은 나일 틸라피아의 성장 성능을 향상시키고 유리 커큐민의 고용량과 동일한 효과를 줄 수 있습니다. 예를 들어, 나노 커큐민 50mg/kg-1 다이어트는 유리 커큐민 100mg/kg-1 다이어트와 동일한 효과를 나타냅니다. 나노 커큐민은 쥐 모델에서 유리 커큐민에 비해 생물학적 반감기가 60-배 증가한 것으로 나타났습니다44. 또한, 나노 커큐민은 유리 커큐민30에 비해 혈장 및 조직에서 더 높은 전신 생체이용률을 나타냅니다. 이것은 물에서 유리 커큐민의 용해도가 낮기 때문일 수 있습니다. 따라서 응집체를 형성하고 옵소닌화되기 쉬운 반면 나노 커큐민은 제타 전위27로 인해 응집 없이 물에 완전히 용해됩니다.
현재 연구에서 가장 높은 수준(200 mg kg-1 사료)에서 자유 커큐민과 나노 커큐민을 추가하면 CON에 비해 성장 성능과 사료 활용도가 감소했습니다. 사실, 커큐민은 폴리페놀입니다. 저용량의 폴리페놀은 장에서 완전히 흡수되지 않는 신체 조직에 생체 축적될 수 있다고 보고되었습니다45. 높은 수준의 폴리페놀은 성장 퇴행을 유발할 수 있습니다46. 이 효과는 나노 커큐민 치료에서 더 낮았으며, 이는 나노 커큐민이 자유 형태보다 더 안전할 수 있음을 나타냅니다. 이를 뒷받침하기 위해 Lee 등47은 나노 커큐민 활용의 생물학적 안전성을 밝혔습니다.
본 연구에서 커큐민과 나노커큐민은 어체의 조단백질과 지질 함량을 증가시켰다. 유사하게, 50–200 mg kg-1 수준의 커큐민을 포함한 식이 보충제는 나일 틸라피아 근육의 조지방 및 단백질 침착을 크게 개선했습니다23. 이것은 효율적인 영양소 이용을 향상시키는 장내 미생물의 조절과 관련이 있을 수 있습니다23. 또 다른 설명은 커큐민이 트립신, 리파아제 및 아밀라아제를 포함한 생선 소화 효소의 활동에 유익한 효과가 있다는 것입니다22. 또한 나노 커큐민과 같은 음전하 입자는 혈청 단백질의 흡착 속도를 늦추어 양전하 입자보다 순환 반감기가 더 길어집니다48. 이것은 나노 커큐민을 함유한 생선을 먹인 식단이 생선을 먹인 자유 커큐민 식단보다 조단백질 함량이 더 높은 이유를 설명할 수 있습니다.
ALT 및 AST와 같은 간 효소 활동의 증가는 간 손상의 생물학적 지표입니다49,50. 현재 연구에서 ALT 및 AST 수준은 열 스트레스 전후에 나노 커큐민 그룹에서 그리고 자유 커큐민 그룹에서 어느 정도 감소하여 나노 커큐민의 이점을 입증했습니다(이는 이 토론의 앞부분에서 정당화되었습니다) ). 유사하게, 커큐민은 과산화수소에 의해 유발된 쥐의 간독성을 예방하고 ALT 및 AST 효소 수치를 감소시킬 수 있습니다51. 또한, 사염화탄소(CCl4)로 인한 섬유증이 있는 쥐의 실험 결과는 나노 커큐민이 ALT 및 AST 수준을 상당히 감소시키는 것으로 나타났습니다. 따라서 일부 혈액 표지자(예: ALT 및 AST)를 감소시키는 커큐민의 능력은 -간 손상 동안의 염증제53.
이 연구에서 간 손상에 대한 커큐민의 보호 효과에도 불구하고 중간 농도(100mg/kg 식이)에서 부작용이 더 높은 농도(200mg/kg 식이)에서 나타났습니다. 동일한 패턴에 따라 커큐민은 또한 CCl로 유발된 간 손상을 입은 거대한 잉어(Cyprinus carpio)에서 농도 의존적 효과를 보였습니다54. 유사하게, curcumin은 농도에 따라 수컷 쥐의 알코올성 간 손상에 이중 효과가 있는 것으로 나타났습니다. 그 보호 효과는 낮은 농도에서만 얻어지지만 더 높은 농도에서 간 손상의 가속이 관찰되었습니다 55. 또 다른 연구에서 쥐는 장기간 커큐민을 고농도로 섭취하면 체중이 감소하고 산화 스트레스와 염증이 가속화되며 AST 및 -GGT 수치가 증가하면서 간 손상을 자극할 수 있음을 나타냈습니다56.
커큐민의 이중 효과는 무독성 및 독성 농도에서 헴 옥시게나아제-1(HO-1)를 자극하는 능력과 관련이 있을 수 있으며, HO-1 유도는 인과 관계를 시사하는 반응성 산소종(ROS)57. 유사하게, Cao et al.58은 낮은 농도에서 커큐민이 항산화 활동을 유도함으로써 유익한 효과를 갖는다는 것을 발견했습니다. 그러나 더 높은 농도는 세포 ROS 수준을 증가시켜 인간 간암 G2 세포에서 산화 DNA 손상을 초래합니다.
열 스트레스는 코르티솔 및 포도당 수치와 같은 스트레스 지표를 높입니다. 현재 연구에서 틸라피아 식단에 커큐민(고용량 200mg/kg 다이어트 제외) 또는 나노 커큐민을 포함하면 열 스트레스 전후에 포도당과 코티솔이 모두 감소했습니다. 최고의 코티솔 수치는 CN50과 CN100에서 검출되었습니다. 이것은 아마도 폴리페놀로서 커큐민의 특성에 의해 정당화됩니다. 폴리페놀은 스트레스 지표인 코티솔과 포도당을 개선하는 것으로 나타났습니다59,60). 이러한 효과는 또한 세포막에서 지질 라디칼을 제거하고 페녹실 라디칼이 되는 것으로 밝혀진 커큐민의 항산화 특성에 기인할 수 있습니다14,61. 또한 커큐민은 GLUT2, GLUT3 및 GLUT4 유전자 발현을 상향 조절하여 포도당 흡수를 증가시켜 간 포도당 수치를 낮춥니다62. 이를 뒷받침하기 위해 Wei 등63은 식이 커큐민이 돼지에서 스트레스로 유발된 코티솔을 1/3로 상당히 감소시켰다고 밝혔습니다.
그러나 이 연구에서 더 높은 농도의 커큐민(200mg/kg-1 다이어트)은 대조군을 포함한 다른 치료에 비해 더 높은 수준의 코티솔로 이어졌습니다. 동시에, C200은 대조군에서 얻은 것과 유사한 더 높은 수준의 포도당을 생성했습니다. 동일한 효과가 산란계에서 보고되었으며 고온 노출 전이나 후에 코티솔 수치를 감소시킨 낮은 농도와 비교하여 고용량의 커큐민이 코티솔을 감소시키지 않았습니다 64. 저자는 이 효과를 커큐민의 이중 작용 가능성과 용량에 따라 항산화제 및/또는 산화제로 작용할 수 있기 때문입니다65. 고농도의 과산화물은 세포와 조직을 손상시키는 ROS의 방출을 증가시킵니다65.
이 연구에서 실험 식단은 다른 실험 식단에 비해 더 높은 백혈구와 더 낮은 호중구를 제공하는 C200을 제외하고는 혈액학적 수치에 영향을 미치지 않았습니다. 높은 수준의 커큐민(200 mg kg-1 식단)에서 백혈구 수가 증가하면 이 농도에서 물고기의 스트레스 상태를 강조할 수 있습니다. 백혈구증가증은 스트레스의 심각도뿐만 아니라 이후에 면역 방어 시스템을 유발하는 스트레스로 인한 손상에 정비례합니다 66,67.
온도는 fsh68의 혈액학적 매개변수에 영향을 미칩니다. 이와 관련하여 고온 스트레스 후 혈소판, MCV, MCH, 백혈구 및 호중구 수는 증가한 반면 림프구 수는 감소했으며 본 연구에서 다른 혈액 매개 변수에는 영향을 미치지 않았습니다. 이를 뒷받침하기 위해 Grzelak et al.69는 스트레스를 받지 않거나 통제된 fsh와 비교하여 급성 스트레스를 받은 zebrafish(Danio rerio)에서 상당한 림프구 감소증 및 호중구 증가증을 보고했습니다. 더욱이 열 스트레스는 저산소증이나 무산소증70,71을 초래하는데, 이 효과가 본 연구에서 보고되었다. 결과적으로 저산소증은 백혈구, 혈소판 및 호중구 수를 증가시키고 적색 틸라피아 72의 림프구 수를 감소시키는 것으로 나타났습니다. 이는 코르티솔 72 수치 상승과 관련이 있을 수 있습니다. 호중구 증가증 및 림프구 감소증은 코티솔 치료 후 명백했습니다. 잉어(C. carpio L.)73. 붕어(Carassius carassius)는 스트레스를 받은 후 혈중 림프구에 대한 호중구의 높은 비율을 생성했으며, 이는 상승된 글루코코르티코이드 수치와 밀접한 관련이 있습니다 74.
면역글로불린 M 및 보체(C3 및 C4)는 어류의 선천 면역 체계의 주요 구성 요소이며 면역 체계 방어의 첫 번째 라인에 속하며 어류 건강을 보호하는 데 중요한 역할을 합니다75-78. IgM과 보체는 스트레스 동안 동물의 몸을 감염으로부터 보호하는 데 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 세포 사멸 및 손상된 세포의 삼켜짐을 촉진합니다79-82. 사실, 본 연구에서 열 스트레스 전후에 IgM, C3 및 C4 수치는 커큐민의 식이 포함과 함께 증가했습니다. 또한, 나노 커큐민은 유리 커큐민보다 이러한 지표에서 더 나은 개선을 보였습니다. IgM, C3 및 C4에 대해 여기에 제시된 결과는 두 가지 사실을 강조합니다. 낮은 용량의 커큐민이 더 좋고 나노 제제가 더 효과적입니다(이 토론의 앞부분에서 정당화됨). 이를 뒷받침하기 위해 커큐민은 50mg/kg 식이 요법에서 나일 틸라피아의 선천적 면역 반응을 유도했지만 더 높은 수준에서는 성장이 억제되었습니다23. 본 연구에서는 IgM, C3 및 C4 수치가 온도 상승에 따라 증가하여 조직 손상을 줄이기 위한 항염증 물질 생성 자극을 나타냄을 발견했습니다. 이것은 본 연구에서 혈청 간 효소(ALT 및 AST) 결과에 의해 뒷받침됩니다. 열 스트레스는 어류의 조직 손상과 산화 스트레스를 유발하는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 그것은 세포 사멸과 세포 사멸로 이어집니다 83–85. 단기 급성 열 스트레스는 C3 및 C486의 상향 조절로 이어집니다. 또한 보체 시스템의 결핍은 혈관 손상, 혈관 투과성 및 혈관 부종을 증가시킵니다87. 최고 온도를 제외하고 나일 틸라피아에서 온도가 증가함에 따라(18, 23, 28, 33도) 혈장 IgM 수준의 점진적인 증가가 관찰되었습니다10. 유사하게, 농어(Dicentrarchus labrax)를 고온(23도)에서 사육하면 물고기를 17도(88도)에서 사육하는 것에 비해 IgM 수치가 증가했습니다. 반대로 다른 연구에서는 HS가 fsh89– 91. 이러한 불일치는 IgM, C3 및 C4 수준이 급성 스트레스 하에서는 상승하지만 만성 스트레스 하에서는 감소하는 열 스트레스 기간에 의해 정당화될 수 있습니다9,10. 무딘 주둥이 도미(Megalobrama amblycephala Yih)는 열 스트레스 노출 6시간 후 대체 보체 활동과 IgM 수치가 증가한 것으로 나타났으며, 이는 12시간 9분 후에 감소했습니다.
결론적으로 나노커큐민은 나일 틸라피아의 생장능력, 스트레스 지표, 비특이성 면역, 열 스트레스 저항성 개선에 있어 유리커큐민보다 우월하다. 50 또는 100 mg kg-1 수준의 나노 커큐민 식이 보충은 성능을 개선하고 열 스트레스의 부정적인 영향을 완화하는 데 효과적이었으며, 100 또는 200 mg/kg 식이는 나일 틸라피아의 성장 성능을 향상시켰습니다. . 따라서 100 mg kg-1 식이 요법은 성장 성능과 내열성 모두에 효과적이었습니다.
데이터 가용성
이 연구 중에 생성되거나 분석된 모든 데이터는 이 게시된 기사에 포함됩니다.
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