色氨酸影响肠上皮细胞-NF-κB-IDO信号通路调控断奶仔猪肠黏膜免疫的分子机制

Indoleamine 2, 3-dioxygenase (IDO) is a rate-limiting enzyme for the degradation of tryptophan along the kynurenine pathway, and its increased activation is associated with immune suppression, and targeting IDO is a strategy of immunotherapies. Tryptophan is a kind of indispensable amino acid for piglets and its metabolic products play an important role in intestinal immune function. The study provided an important way to reduce the inflammation response in small intestine in piglets, which evaluated the immune diseases stimulated by Escherichia coli and the relationship between tryptophan metabolism and IDO activation. The study also evaluates that tryptophan on gene and protein expression of IDO in the intestinal epithelial cells and its signal pathway under the immune stress in vivo and to reveal the mechanisms in vitro, then to study the IDO function by the plasmid constructed, transfect, IDO-Knock-down, to evaluate the effects of tryptophan on the IDO and signaling pathway factors mRNA and protein expression levels in the intestinal epithelial cells by the Real-time PCR and western blot technology.

吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）是一种色氨酸代谢限速酶，催化色氨酸沿着犬尿氨酸途径分解代谢，IDO的表达可以介导免疫抑制，因此IDO已成为调控机体免疫反应的重要靶点。色氨酸是断奶仔猪生长所需的限制性氨基酸之一，其在体内的代谢状态与肠黏膜组织IDO表达关系密切，研究色氨酸的代谢状态与IDO表达的关系，可以揭示色氨酸对肠黏膜免疫屏障的保护作用。本项目以大肠杆菌引起免疫应激为切入点，利用猪小肠上皮细胞和断奶仔猪为实验对象，通过基因检测、蛋白质印迹法、载体构建、基因沉默等技术，分别从体内和体外两方面研究了色氨酸影响肠上皮细胞-NF-κB-IDO信号通路的分子机制，为色氨酸调控断奶仔猪肠道免疫反应提供理论基础。

养猪业是关乎我国国计民生的重要产业。仔猪阶段是养猪生产最为关键的环节，而肠道健康状况是影响仔猪生产性能和成活率的主要因素。由于仔猪的组织器官发育不完善、免疫和消化吸收功能不成熟，断奶导致仔猪面临来自环境病原和母乳断离的应激，极易引起仔猪的肠上皮细胞损伤、肠道发育和屏障功能受阻。色氨酸是仔猪生长的限制性氨基酸之一，在调节动物生长、情绪、行为和免疫应答中发挥重要作用。研究在免疫应激状态下仔猪对色氨酸的需要模式和代谢规律，对于缓解仔猪免疫应激、维持动物生产有重要意义。本项目以断奶仔猪为体内模型，以细胞培养为体外模型，探讨了色氨酸介导吲哚胺2，3-双加氧酶（IDO）表达影响肠道功能的分子机制，同时研究了色氨酸水平对断奶仔猪机体氨基酸吸收代谢及紧密连接蛋白表达的影响，获得了适宜于免疫应激条件下断奶仔猪日粮的色氨酸需要量，对于通过日粮色氨酸水平缓解免疫应激和维持仔猪肠道健康提供了一定的理论支持。结果表明，以断奶仔猪生长性能为评价指标，日粮中色氨酸与赖氨酸的比例不能低于0.18，进一步提高至0.21时，可以改善十二指肠和空肠的绒毛高度；当日粮色氨酸与赖氨酸比例由0.15提高至0.18或0.21时，显著降低了空肠氨基酸转运载体ASCT2、y+LATI、4F2hc的mRNA表达量和血清游离赖氨酸含量，显著提高空肠氨基酸转运载体B0AT1、CAT1、b0,+AT和rBAT以及小肽转运载体PepT1的表达量，显著升高血清游离异亮氨酸、亮氨酸、色氨酸和丝氨酸的含量；日粮色氨酸与赖氨酸的比例由0.15提高至0.21时，显著影响断奶仔猪十二指肠紧密连接蛋白ZO-1和Claudin-1的表达水平，同时提高回肠IDO的蛋白表达量；大肠杆菌免疫刺激可以提高断奶仔猪小肠和脾脏的IDO的表达，而日粮色氨酸与赖氨酸比例由0.18提高至0.21时，可以一定程度上缓解肠道的炎症反应。本项目研究了断奶仔猪色氨酸代谢与IDO表达、肠道功能蛋白的关系，初步阐明色氨酸在肠道炎性反应和免疫方面的调节作用，为通过营养的手段缓解肠道功能损伤提供理论支持。