White Leghorn Chick의 초기 성장단계에서 소화기관의 발달, 소장의 소화 효소 및 간 조직의 항산화 방어작용

White Leghorn 종계로부터 부화 후 0, 3, 7, 14 및 21일령의 병아리 30수(n=6, 암수 각각 3수)를 실험동물로서 공시하였다. 사양관리 방법으로서 부화 직후 케이지에서 1일 동안 음수만 공급하고, 2일째부터 초생추 사료를 소량 급여하고, 자동급수기로 음수를 급여하였다. 시험사료는 대사에너지 2,890 Mcal/kg, 조단백질 19.14%, lysine 1.06%가 함유된 초생추용(상업용 가루 형태)을 사용하였다. 계사 온도는 33°C에서 22°C까지 계사 사육실 온도관리 프로그램에 따라 조절하였다. 기타 사양관리는 경남과학기술대학교 동물사육장의 사양관리 방법에 따라 실시되었다. 본 연구는 대학의 동물실험윤리위원회의 승인(2020-07)을 받고 규정에 준수하여 동물실험을 시행하였다.

닭의 일령이 체중, 소화장기 무게 및 각종 효소활성도에 미치는 영향은 SAS program(SAS, 1996)을 이용하여 General Linear Model(GLM) Procedure에 따라 유의성을 검정하였다. 유의차가 인정될 때 Tukey 방법에 의한 다중검정(95%)을 실시하여 일령의 변화에 따른 유의성 분석을 수행하였다.

White Leghorn 병아리의 일령에 따른 체중의 변화를 살펴보면(Fig. 1A), 부화 후 0, 3 및 7일령까지 체중의 변화가 적었지만 7일령 이후 현저하게 증가하였다(P<0.05). 각종 소화 장기의 총 무게(total weight, g)와 체중에 따른 상대적 무게(g/100 g BW)는 Fig. 1(B, C, D, E 및 F)에 나타낸 바와 같다. 먼저 일령의 변화에 따른 간의 총 중량은 0일령에 비하여 3일령과 7일령에 유의하게 증가하였다(P<0.05). 체중에 따른 간의 상대적 무게는 0일령에서 현저히 낮았지만 3~7일령에 급격히 증가한 후(P<0.05) 21일령까지 유의차 없이 점차 감소하는 경향을 보였다(Fig. 1 B). 췌장의 총 무게는 0일령부터 3, 7, 14 및 21일령까지 각 일령별로 현저히 증가하였다(P<0.05). 상대적 췌장 무게 역시 간 무게의 변화와 유사한 경향을 보이며, 7일령에서 최대 발달율을 보였고(P<0.05), 그 이후 점차 감소하는 경향을 보였다(Fig. 1 C). 전체 소장 무게와 점막세포 무게는 부화 후 14일령까지 직선적으로 현저히 증가하였고, 체중 대비 상대적 무게는 7~14일령까지 증가한 후 21일령에서 유의하게 감소하였다(P<0.05, Fig. 1 D, E). 소장의 길이의 변화를 보면, 전체 길이는 3 및 14일령에서 급격히 증가하고, 상대적 길이는 3~7일령에서 최대로 발달되는 것으로 나타났다(P<0.05, Fig. 1 F).

Fig. 1. Age-dependent changes in body weight (A) and the weights of total and relative (g/100 g BW) digestive organs (B: Liver, C: pancreas, D: intestine and E: intestinal mucosal tissues, and F: intestinal length) in White Leghorn chicks aged 0-d, 3-d, 7-d, 14-d and 21-d after hatching. ^a~e Values with different superscripts differ significantly (P<0.05) among ages (Mean±SD, n=6).

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간은 영양소 대사 및 이물질 해독작용에 중요한 역할을 하는 부소화기관으로서 특히 닭에서는 지방 합성의 중추적 역할을 담당한다(Richard, 2005; D’Andre et al., 2013). 본 연구에서 조사한 체중 대비 간의 상대적 중량은 0일령에 비하여 3일령과 7일령에 유의하게 높은 발달율을 보였다. 이러한 결과는 여러 닭의 품종에서 간의 발달율을 조사한 결과와도 유사한데 대부분 품종에서 3~9일령에서 가장 높은 상대적 간의 무게 증가가 나타난다고 하였다(Nitsan et al., 1991a, 1991b).

췌장은 탄수화물, 단백질 및 지질의 소화 효소를 분비하는 곳으로 부화 후 4일령까지는 조직의 발달이 낮았으나, 7일령 이후 급격하게 발달한다고 보고되었다(Uni et al., 1995). White Leghorn에서도 체중에 따른 췌장의 상대적 발달도 10일령 전후에서 가장 높았고, 그 이후 점차 감소하는 것으로 보고되었다(Oakberg, 1949). 췌장의 무게 발달과 함께 amylase와 trypsin 등 췌장 효소도 부화 후 10~15일령에 활성도가 최대로 증가하는 것으로 알려져 있다(Nir et al., 1993). 본 연구에서도 췌장의 상대적 무게는 3일령 이후 급속히 발달하여 7일령에서 정점을 이룬 후 서서히 감소하며, 전체 무게는 21일령까지도 지속해서 증가하였다.

닭은 부화 후 소화기관의 발육과 기능이 엄청난 속도로 발달되는데, 특히 소장의 발달이 가장 왕성하다(Nitsan et al., 1991a). 소장은 성장에 필요한 영양소를 소화 흡수하는 곳으로 부화 직후 난황으로부터 영양소를 공급받지만 3일령 이후에는 사료로부터 영양소를 흡수함으로 급격하게 발달한다(Jin et al., 1998; Sklan, 2001). 소장의 발달은 유전에 따라 자연발생적으로 빠르게 발달하지만, 섭취하는 영양소에 따라 발달 정도가 영향을 받는 것으로 알려져 있다(Sklan, 2001). 본 연구 결과에서도 일령의 변화에 따라 급격하게 소장 무게, 길이 및 점막세포의 발달이 진행되는 것으로 나타났는데, 특히 7일령에서 상대적 발달이 가장 높았고, 21일령 이후에는 그 정도가 낮았다. 이러한 결과는 Iji et al.(2001a)이 육계에서 소장의 상대적 성장 발달율이 7일령에서 가장 높았음을 보고하여 본 연구와 일치하였다. Ross와 Steggles 교잡종에서도 체중에 따른 상대적 소장의 무게와 점막 단백질의 발달이 7일령에서 가장 높은 비율을 보여, 이 시기에 닭의 소장 발달에 가장 중요한 시기인 것으로 나타났다(Iji et al., 2001a).

White Leghorn 병아리 부화 후 일령에 따른 소장 점막상피세포에 존재하는 maltase, sucrase 및 leucine aminopeptiase의 특이적 활성도 변화는 Fig. 2(A, B 및 C)에 나타낸 바와 같다. 이당류 분해효소인 maltase와 sucrase 특이적 활성도는 모두 0일령에 가장 낮았으나, 3일령에서 유의적으로 높은 최대 활성도를 보였다(P<0.05). 이당류 분해효소들의 활성도는 3일령 이후 21일령까지 점차 감소하는 경향을 보였으나, 비교적 높은 수준을 유지하는 것으로 나타났다(Fig. 2 A 및 B). 특히 sucrase 활성도는 3일령에서 최대를 보인 후 점차 감소하여 14일령 이후에는 유의하게 감소하였다(P<0.05). 한편, leucine aminopeptiase 특이적 활성도는 0일령부터 높게 나타나 일령이 증가함에 따라 일정하게 유지되는 것으로 나타났다(Fig. 2 C). 한편, 동량의 단백질로 표현되는 특이적 활성도는 일령에 따라 뚜렷한 차이를 보였으나, 소장 점막세포의 양이 일령에 따라 현저하게 증가함으로 소장 흡수세포에서 전체 이당류 효소의 총량은 일령이 증가함에 따라 증가된다.

Fig. 2. Age-dependent changes in the specific activity of digestive enzymes (A: maltase, B: sucrase and C: leucine aminopeptidase) in the small intestine of White Leghorn chicks aged 0-d, 3-d, 7-d, 14-d and 21-d after hatching. ^a~c Values with different superscripts differ significantly (P<0.05) among ages (Mean±SD, n=6).

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3일령의 병아리에서 이당류 분해효소의 특이적 활성도가 최대로 증가한다는 본 연구의 결과는 부화 후 2일령에서 최대 maltase와 sucrase 활성도를 보인 후 점차 12일령까지 일정한 수준을 유지한다고 보고한 Uni et al.(1995)의 연구 결과와 비슷하였다. 이러한 결과는 육계와 산란계 병아리에서 부화 후 3일령에서 소장 포도당 운반단백질(SGLU1) mRNA 발현이 최대로 증가하였다는 연구(Li et al., 2020)로 보아 최대 효소활성도가 발현되는 시기와 정확하게 일치하였다. 그러나 Sell et al.(1991)은 부화 후 1일령에서 최대 maltase 활성도를 나타내지만, 그 이후 6일령까지 감소한 후 다시 8일령에서 증가한다고 하여 본 결과와는 다소 차이가 있다. Angel et al.(1990)은 maltase 활성도는 부화 1일령에서 최대 활성도를 보인 후 9일령까지 감소한 후 다시 44일령까지 증가한다고 보고하였다. 소장에 존재하는 이당류 분해효소들은 융모 세포의 구성 성분으로 탄수화물의 소화작용과 밀접한 연관이 있는데, 고수준의 탄수화물 사료를 섭취하는 닭에서 maltase와 sucrase의 특이적 활성도는 증가하였다(Sell et al., 1989). Aminopeptidase 역시 소장 점막세포에 존재하는 단백질 분해효소로서 상대적으로 부화직후 발현도가 매우 높은 것으로 보고된바(Tarvid, 1992) 본 연구에서도 이와 유사한 결과를 보였다. Iji et al.(2001b)도 부화 후 1일령 육계 병아리에서 aminopeptiasde 활성도가 매우 높게 발현되어 오히려 21일령 병아리의 활성도보다 높았다고 보고하였다. 이와 같이 소장에 존재하는 각종 소화 효소의 특이적 활성도는 일령에 따라 증감이 나타나는 변화를 보였으나, 실제 닭에서 일령이 증가할수록 소장 무게와 점막세포량이 증가하기 때문에 소화 효소의 전체 활성도는 현저히 증가한다(Tarvid, 1995; Jin et al., 1998; Sklan, 2001; Lilburn and Loeffler, 2015). 소화 효소의 활성도와 체중의 변화는 고도의 상관관계가 있어 영양소의 소화율이 증가할수록 증체율이 높아진다.

이상의 결과로 보아 병아리는 부화 후 3~7일령에서 소화기관의 발육과 소화효소의 발현이 급격히 진행되고, 이러한 결과 14일령에서 현저한 체중의 증가로 나타났다고 생각된다. 병아리 초기 성장기 동안 사료를 급여하는 시기, 사료의 영양소 성분 등 다양한 사양관리 요인이 소화 효소 활성도의 발현 차이를 유발한다. 또한 초기 성장기 소화 효소 발현은 자연 발생학적 유전적 요인으로 부화 중(10일째)에 이미 다양한 소화 효소들과 영양소 운반단백질이 배아 상태에서 발현되는 것으로도 보고되었다(Matusushita et al., 1985; Speier et al., 2012).

White Leghorn에서 부화 후 일령의 증가에 따른 간 조직의 항산화 효소 활성도와 지질과산화도 변화는 Fig. 3(A, B, C 및 D)에 나타낸 바와 같다. SOD 특이적 활성도는 0일령에서 가장 낮았으나, 7일령 이후 유의적으로 높은 활성도를 나타내었다(P<0.05, Fig. 3 A). GPX 활성도는 0~7일령까지 비교적 낮은 수준을 유지하였으나, 14일령 이후 활성도가 현저하게 증가하였다(P<0.05, Fig. 3 B). GST 활성도는 0일령에서 가장 낮았으나, 7일령 이후 21일령까지 유의하게 증가하는 것으로 관찰되었다(P<0.05, Fig. 3 C). 한편, 지질 과산화(MDA) 함량은 모든 일령에서 변화없이 매우 낮은 수준으로 유지되는 것으로 관찰되었다(Fig. 3 D).

Fig. 3. Age-dependent changes in the specific activity of antioxidant enzymes (A: SOD, B: GPX and C: GST) and lipid peroxidation (D: MDA) in the liver of White Leghorn chicks aged 0-d, 3-d, 7-d, 14-d and 21-d after hatching. ^a,b Values with different superscripts differ significantly (P<0.05) among ages (Mean±SD, n=6).

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닭은 부화 전후 급격한 성장에 따른 대사 작용으로 발생하는 활성산소에 의해 엄청난 산화적 스트레스를 받게 된다(Yang et al., 2018; Surai et al., 2019). 따라서 대사 과정에서 필연적으로 발생하는 산화 스트레스에 대응하기 위해 닭에서는 항산화 방어작용이 진화적으로 잘 발달되어 있다(Circu and Aw, 2012). 그러나 부화 후 체 조직의 발육이 왕성한 초기 성장기(1~21일령)의 병아리에서 항산화 방어체계에 관한 연구는 매우 미진한 실정이다. 닭은 부화 전후 항산화 방어 효소가 모든 장기 조직에서 존재하지만, 간, 심장 및 신장에서 가장 활발하게 발현되며, 항상성 유지작용에 중요한 역할을 한다(Surai et al., 1999). 그러나 최근 지나친 생산성 위주의 육종에 따라 닭의 체 조직에서는 과도한 산화적 스트레스가 발생하고 있다(Surai et al., 2019). Tang et al.(2019)은 1, 3, 7, 11, 14, 21, 35 및 42일령의 육계에서 항산화 효소의 특이적 활성도를 조사한 결과, 소장과 간 조직에서 SOD 활성도는 일령에 따른 차이가 없었고, GPX 활성도는 3일령에서 현저히 증가한 후 7일령부터는 다시 감소하는 것으로 보고하였다. 부화 후 병아리는 대부분의 장기가 급격하게 발달하는 과정에서 활성산소를 다량 생산하기 때문에 높은 수준의 SOD와 GPX 활성도를 유지하며, 특히 간 조직에서 다른 조직들에 비해 월등히 높은 GPX 활성도를 유지한다(Tang et al., 2019). 2주령, 4주령 및 6주령 육계의 심장에서 항산화 시스템 지표를 조사한 결과, GPX 활성도는 4주령에서 SOD와 지질과산화도는 6주령에서 유의하게 증가하였음을 보고하였다(Milinkovic-Tur et al., 2009). 본 연구에서 SOD, GPX 및 GST 활성도는 부화 후 0일령부터 비교적 높게 유지되지만 7~14일령부터 현저히 증가하였다. 이러한 결과는 병아리가 7일령 이후 급격한 체 성장이 이루어지면서 간 조직의 대사 작용으로 발생되는 다량의 유해산소기를 제거하기 위해 항산화 방어작용이 활성화되는 것으로 해석할 수 있다.