沙棘多糖对脂多糖诱导仔猪小肠上皮细胞炎性损伤的保护机制

来源 :吉林农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuhu986
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早期断奶应激严重威胁着仔猪的健康生长,导致仔猪免疫力下降,肠道结构异常和功能障碍,并可能诱发肠道疾病,增加仔猪患病几率。沙棘多糖(Hippophae rhamnoides polysaccharide,HRP)作为一种免疫增强剂,能够增强免疫系统的抗炎能力与宿主防御反应。但是,HRP对早期断奶仔猪肠道免疫应激的保护作用未见报道,HRP抑制早期断奶仔猪肠道炎症损伤的机制尚未可知。仔猪小肠上皮细胞(intestinal porcine epithelial cells,IPEC-J2)是研究肠道免疫和炎症的重要细胞系,也是用于研究体外免疫反应的模型系统。因此本研究选用IPEC-J2为研究对象,脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)诱导IPEC-J2建立炎性损伤模型模拟体内仔猪早期断奶应激,探究HRP对LPS诱导IPEC-J2细胞炎性损伤的保护作用及其分子机制,明确沙棘多糖对断奶仔猪肠道是否具有抗炎作用。本研究为沙棘多糖作为抗炎免疫增强剂应用于仔猪生产奠定理论基础。本论文研究共四章节,研究结果如下:(1)HRP对IPEC-J2细胞增殖、凋亡和免疫功能的影响首先为了获得HRP处理IPEC-J2细胞的安全浓度与最佳时间,采用0、200、400、600和800μg/m L的沙棘多糖处理IPEC-J2细胞,MTS法检测HRP处理IPEC-J2细胞0h、6h、12h、24h、48h后的增殖率。结果表明,200~600μg/m L浓度的HRP处理细胞后,细胞增殖率随着浓度的增加而增加,作用24 h时,IPEC-J2细胞增殖率达到最大值。因此,将200~600μg/m L和24 h作为沙棘多糖处理细胞的安全浓度和最佳时间,作为进一步探究沙棘多糖对IPEC-J2细胞免疫调节影响的条件。结果表明200~600μg/m L沙棘多糖均可以不同程度的升高IPEC-J2细胞中IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10、TNF-α、Ig M、Ig A和Ig G含量,促进免疫细胞增殖,提高细胞免疫应答能力;200~600μg/m L沙棘多糖均可以不同程度的降低IPEC-J2细胞中ROS含量和细胞凋亡率,其中600μg/m L HRP发挥了有效的保护作用。(2)体外IPEC-J2细胞炎性损伤模型的构建首先初步确定LPS处理细胞的最佳浓度和最佳时间,采用0μg/m L、0.1μg/m L、1μg/m L、10μg/m L、100μg/m L LPS处理IPEC-J2细胞,MTS法检测LPS处理IPEC-J2细胞0 h、4 h、8 h、12 h、16 h、24 h后的增殖率。结果表明,LPS诱导IPEC-J2细胞构建炎性损伤模型的适宜条件为作用浓度10μg/m L,作用时间16 h。为了进一步确定LPS的最佳浓度,采用0~100μg/m L LPS处理IPEC-J2细胞16 h,探究不同浓度LPS对IPEC-J2细胞的影响。结果表明0.1~100μg/m L LPS均可以不同程度的提高IPEC-J2细胞中IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α含量及降低IL-10、Ig M、Ig A和Ig G含量,在不影响后续试验的基础上,10μg/m L的作用效果最佳;0.1~100μg/m L LPS均可以不同程度的提高IPEC-J2细胞中ROS含量和细胞凋亡率,降低了IPEC-J2细胞存活数量,在不影响后续试验的基础上,10μg/m L的作用效果最佳。(3)HRP对LPS诱导IPEC-J2细胞炎性损伤的保护作用在第一、二章试验基础上,将IPEC-J2细胞分为对照组,LPS组和3个HRP处理组。对照组细胞不添加试剂,LPS组用10μg/m L LPS诱导细胞16 h,HRP处理组是将细胞用200~600μg/m L HRP预处理24 h,然后再用10μg/m L LPS处理16 h。探究沙棘多糖对LPS诱导IPEC-J2细胞炎性损伤是否起到保护作用。结果表明,HRP处理组显著降低IPEC-J2细胞中炎症细胞因子(IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α)水平、ROS含量、凋亡基因(caspase-3、caspase-8、caspase-9和BAX)水平以及细胞凋亡率(P<0.05),并且显著增加IL-10水平、免疫球蛋白(Ig M、Ig A和Ig G)水平、紧密连接蛋白(ZO-1、Occludin和claudin-1)水平(P<0.05)。HRP能够保护LPS对细胞骨架结构造成的破坏,并且能够很好的改善细胞结构完整性。(4)蛋白质组学分析揭示HRP对LPS诱导IPEC-J2细胞炎性损伤的保护机制如第三章所述,HRP对LPS诱导所致IPEC-J2细胞炎性损伤起到有效的免疫调节作用。但是,尚未有蛋白质组学数据显示HRP对LPS诱导的IPEC-J2细胞中蛋白质变化的影响。因此,在本研究中,使用DIA定量蛋白质组学技术研究HRP预处理后LPS诱导IPEC-J2细胞中与免疫相关的关键蛋白质和细胞途径,从而揭示沙棘多糖对LPS诱导IPEC-J2细胞炎性损伤的保护机制。第三章结果显示600μg/m L的HRP对LPS诱导IPEC-J2细胞炎性损伤的保护作用最佳,因此本试验将IPEC-J2细胞分为对照组,LPS组和HRP处理组,对照组和LPS组处理细胞方式与第三章试验相同,HRP处理组是将细胞用600μg/m L HRP预处理24 h然后再用10μg/m L LPS处理16 h。结果表明,根据DDA参考数据库对DIA数据结果进行分析鉴定到18768个蛋白,GO、KEGG、COG/KOG库一共注释到17962个蛋白,共同注释到的蛋白个数是6084个。差异倍数的绝对值大于1.5倍,Qvalue<0.05,筛选出组间具有显著性差异表达的蛋白。在C-vs-L、C-vs-H6-L、L-vs-H6-L比较组中分别鉴定到2052个(1720个上调蛋白,332个下调蛋白)、358个(262个上调蛋白,96个下调蛋白)和1532个(314个上调蛋白,1218个下调蛋白)显著性差异表达的蛋白。GO富集分析发现结合作用,催化活性,细胞过程,单一生物过程,代谢过程,细胞,细胞部分和细胞器是富集显著差异蛋白数量最多的途径。KEGG富集分析发现L-vs-H6-L比较组中前20个pathway与免疫相关的信号通路是Tight junction、MAPK signaling pathway、PI3K-Akt signaling pathway、rap1 signaling pathway、HIF-1 signaling pathway、Ras signaling pathway和Fc gamma R-mediated phagocytosis。在蛋白质组分析的基础上,在L-vs-H6-L比较组中筛选42个与HRP缓解LPS诱导IPEC-J2细胞损伤的免疫信号转导途径相关的关键蛋白。与LPS组相比,HRP预处理后,42个蛋白中大部分蛋白表达水平下调,HRP完全逆转了蛋白的表达趋势。说明HRP可以通过抑制以上信号通路活化以及相关差异蛋白的表达来缓解LPS诱导IPEC-J2细胞的炎症反应。蛋白免疫印迹验证结果表明,HRP显著降低MAPK7、RELA、NF-κB1和NF-κB2蛋白磷酸化水平以及OCLN2、IGF2的蛋白表达水平(P<0.05)。综上所述,HRP主要通过抑制MAPK/NF-κB信号通路的活化及其相关的差异表达蛋白来保护IPEC-J2细胞免受LPS诱导的损伤,降低了炎症细胞因子和凋亡相关基因的水平,增加了免疫球蛋白和紧密连接蛋白水平,增强细胞的免疫调节功能,保护了细胞屏障功能的完整性。
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