[00122429]植物乳杆菌对仔猪小肠黏膜NK细胞免疫屏障功能的调控机制研究

一、课题来源 本课题得到国家自然科学基金青年基金项目的资助,项目编号31402086。 二、研究背景、目的与意义 断奶常引起仔猪肠道黏膜损伤、微生态和免疫机能紊乱,引发腹泻甚至死亡,是制约养猪生产的瓶颈问题。国内外及本课题组最新研究表明植物乳杆菌显著改善动物肠道黏膜屏障功能和免疫机能,有效预防大肠杆菌性腹泻的发生,但其作用机理尚不清楚。自然杀伤性细胞（natural killer cell,NK）是人和动物固有免疫的主要承担者,在维护肠道黏膜完整性和正常功能中发挥关键作用。 植物乳杆菌显著改善动物肠道黏膜屏障功能和免疫机能,有效预防大肠杆菌性腹泻的发生,但其作用机理尚不清楚。自然杀伤性细胞（natural killer cell,NK）是人和动物固有免疫的主要承担者,其显著促进肠黏膜上皮细胞增殖分化并抑制其凋亡,修复受损上皮细胞的功能。为了阐明植物乳杆菌改善肠道健康的免疫学机理,本项目重点围绕植物乳杆菌对幼龄仔猪肠黏膜免疫屏障功能,特别是NK细胞免疫功能的调控及其分子机制展开研究。研究成果有助于： （1）认识仔猪肠黏膜固有免疫的特征及其与肠道微生物的互作关系,为预防细菌性腹泻、改善仔猪肠道健康提供技术指导; （2）为益生菌替代抗生素在仔猪饲料中的应用提供理论依据; （3）为微生物和肠道黏膜免疫系统互作关系的研究提供科学方法。 三：主要论点、论据和创新点 采用体外细胞-细菌共培养方法研究发现,植物乳杆菌显著提高正常培养的IPEC-1细胞pBD-1及抗炎因子PPAR-γ mRNA的相对表达水平;显著提高IPEC-1细胞黏蛋白MUC-1和MUC-4的基因相对表达水平;显著降低由ETEC K88诱导的IPEC-1细胞炎症因子IL-1α、IL-6、IL-8、TNF-α的基因表达;植物乳杆菌抑制由大肠杆菌K88诱导的小肠上皮细胞炎症反应的作用机理是通过抑制MAPKs及NF-κB信号通路的激活,尤其是JNK和NF-κB的激活而抑制炎症因子的表达,降低细胞炎症反应水平。值得注意的是,上述结果均为植物乳杆菌的预防效应;植物乳杆菌对已感染大肠杆菌的肠上皮细胞损伤无显著治疗/修复作用。因此,本项目进一步研究了植物乳杆菌对先天免疫细胞NK细胞功能的调控作用。研究结果表明,植物乳杆菌显著提高NK细胞表面特征性因子NCR2和NCR3的蛋白表达水平,促进NK细胞活化并表达合成在黏膜细胞的损伤修复过程中发挥重要作用的细胞因子IL-22。植物乳杆菌显著提高NK细胞中TLR2的mRNA和蛋白表达水平。将植物乳杆菌处理过的NK细胞与NCM460共培养后,显著促进ETEC感染的NCM460细胞Tyk2和Stat3的磷酸化水平,提高NCM460细胞的紧密连接蛋白表达水平,修复由ETEC K88引起的NCM460细胞TEER的降低,并且这种修复作用主要通过IL-22介导。综上,植物乳杆菌可通过促进小肠上皮细胞表达抗炎细胞因子,改善NK细胞免疫功能并抵御大肠杆菌侵染引起的肠上皮细胞损伤,从而维护肠黏膜免疫屏障功能的完整性。 本项目研究结果为益生菌对幼龄动物免疫功能的调控作用,特别是为乳杆菌的工业化应用提供了理论依据。