精氨酸对母猪胎盘滋养层细胞的影响及其机理研究

Dietary L-arginine (Arg) supplementation can promote placental growth, thereby effectively improving the reproductive performance of sows. However, the mechanisms of L-arginine administration on the promotion of porcine placental development are presently largely unknown. Meanwhile, fetal cytotrophoblastic cells play a predominate role in placental development, and the progression of placentation is related with the proliferation, differentiation, invaion and fusion of trophoblast cells. The present project, conducted with the porcine placental trophoblast cells and by the experimental methods of immunohistochemistry, real-time quantitative PCR and western blot, etc, intends to investigate the metabolic pathways of Arg in cells, and then study the effects of Arg and its metabolites (NO and polyamines) administration on the proliferation, differentiation, physiological functions involving secreting hormones (hCG, hPL, estradiol and progesterone)and producing growth factors (EGF, PLGF and IGF-1), and signaling pathways (mTOR and Wnt/β-catenin)of porcine placental trophoblast cells, finally summarize the mechanisms of Arg administration on the proliferation, differentiation and physiological functions of porcine placental trophoblast cells. The novel results of this study have important theoretical significance for understanding the mechanism of Arg supplementation on the promotion of porcine placental development during pregnancy, and also provide a necessary scientific foundation for future studies to defining the roles of Arg in sow reproductive nutrition.

日粮中添加精氨酸能促进母猪胎盘生长发育，从而提高母猪繁殖性能。但目前精氨酸促进母猪胎盘生长发育的作用机理尚不清楚。胎盘的生长发育主要是滋养层细胞的增殖、分化、侵润及融合的过程。本项目拟从妊娠早期母猪正常胎盘组织中分离、培养滋养层细胞，采用免疫组化、实时定量PCR、蛋白质印迹等技术手段，研究精氨酸在母猪胎盘滋养层细胞内的代谢路径，同时在此基础上，探索精氨酸及其代谢产物（NO和多胺）对细胞增殖分化、生殖激素（hCG、hPL、雌二醇和孕酮）分泌和细胞生长因子（EGF、PLGF和IGF-1）表达、信号通路（mTOR和Wnt/β-catenin）的影响，并阐明精氨酸对母猪胎盘滋养层细胞影响的作用机制。本项目研究结果对于认识精氨酸促进母猪胎盘生长发育的作用机理具有重要的理论意义，同时为精氨酸在母猪繁殖营养上的应用提供科学依据。

日粮中添加精氨酸能促进母猪胎盘生长发育，从而提高母猪繁殖性能。但目前精氨酸促进母猪胎盘生长发育的作用机理尚不清楚。胎盘的生长发育主要是滋养层细胞的增殖、分化、浸润及融合的过程。本项目通过细胞生物技术，定制不含精氨酸的特殊培养基，培养胎盘滋养层细胞，并采用免疫组化、实时定量PCR、蛋白质印迹等实验手段，研究精氨酸及其代谢产物（NO和多胺）对母猪胎盘滋养层细胞的代谢、增殖分化、生理功能和信号通路的影响，系统阐述精氨酸作用于母猪胎盘的生理机制。研究结果表明： 1）0.4mmol/L精氨酸可以提高胎盘滋养层细胞增殖细胞核抗原表达，提高细胞NO和多胺的产率，有利于细胞的增殖分化和实现其生理功能，结果提示最适宜细胞增殖分化和生理功能实现的精氨酸浓度是0.4mmol/L。2）实验以0.4 mmol/L精氨酸处理为对照组，通过L-NMMA、SNP、DFMO和腐胺处理，抑制细胞NO和多胺生成，细胞增殖率降低，细胞周期停滞，细胞PCNA表达量下降，蛋白质合成率降低，补充NO和多胺，细胞增殖率得到提高。试验从正反两个方面得出精氨酸影响母猪胎盘滋养层细胞的增殖分化是通过其代谢产物NO和多胺实现的。3）实验以0.4 mmol/L精氨酸处理为对照组，通过L-NMMA、SNP、DFMO和腐胺处理，抑制细胞NO和多胺生成，细胞激素分泌降低，细胞因子EGF和IGF-1含量下降，细胞生理功能受到影响，补充NO和多胺，细胞生理功能得到提高。试验从正反两个方面得出精氨酸影响母猪胎盘滋养层细胞的生理功能是通过其代谢产物NO和多胺实现的。4）实验以0.4 mmol/L精氨酸处理为对照组，通过L-NMMA、SNP、DFMO和腐胺处理，抑制细胞NO和多胺生成，细胞中mTOR和β-catenin的mRNA表达量下调，同时mTOR和β-catenin蛋白的含量及磷酸化水平下降，补充NO和多胺，细胞得到恢复。添加雷帕霉素，细胞mTOR的mRNA表达量和蛋白含量基本没有显著影响，但雷帕霉素降低了细胞mTOR的磷酸化水平，从而降低细胞增殖率。综上，本项目揭示了精氨酸作用于母猪胎盘滋养层细胞是通过其代谢产物NO和多胺实现的，其分子机制是通过NO和多胺介导来调控细胞mTOR和β-catenin信号通路。本项目研究结果对于认识精氨酸促进母猪胎盘生长发育的作用机理具有重要理论意义，同时为精氨酸在母猪繁殖营养上的应用提供科学依据。