TLR2/4-FcRn通路介导新生仔猪IgG跨肠上皮转运的分子机制及粪菌移植干预作用研究

Neonatal Fc receptor FcRn-mediated milk IgG uptake dysfunction is an important cause of piglets’ low passive immunity, which causes disease or even death of piglets. However, there are few reports on the regulation mechanism of FcRn. Combining with others’ research and our previous studies, we speculated that fecal microbiota transplantation (FMT) may activate NF-κB pathway and MARCHs to regulate FcRn through TLR2/4, but its underlying molecular mechanism remains to be elucidated. In this project, firstly we use transwell plate to construct an in vitro model of IgG absorption on IPEC-J2 cell. In this model, we will explore the specific targets and molecular mechanisms of TLR2/4 mediated NF-κB pathway activation and MARCHs regulation on FcRn expression by pathway blockade, Western blot and mass spectrometry. And then to verify the mechanisms of TLR2/4 regulates FcRn and IgG, the FMT technique was used to intervene in newborn piglets. The results of this study can not only clarify the specific regulation mechanism of IgG transport, but also use it as a functional probiotic to regulate the innate immunity of newborn piglets, especially the intestinal infection of piglets after ban for antibiotics.

新生儿Fc受体FcRn介导的母乳IgG吸收受限是导致仔猪被动免疫低下，引起仔猪死亡的重要原因，但目前关于FcRn调控机制研究还较少报道。结合他人和本项目前期研究推测粪菌移植（FMT）可通过TLR2/4激活NF-κB通路和MARCHs调控FcRn，但其具体分子机制仍有待证明。本项目首先拟利用Transwell构建IPEC-J2细胞IgG吸收体外模型，通过通路阻断、蛋白免疫印迹和质谱分析等方法解析TLR2/4激活NF-κB通路和MARCHs调控FcRn表达的作用靶点和分子机制，阐明TLR2/4调控IgG吸收的具体机制。然后通过FMT技术早期干预新生仔猪，验证TLR2/4通过NF-κB通路和MARCHs调控FcRn的作用，揭示FMT提高IgG吸收中的分子机制。该研究结果不仅能深入阐明IgG转运具体调控机制，而且为功能型益生菌等调控新生仔猪先天免疫，特别是禁抗后仔猪肠道感染提供新的营养策略。

母乳IgG吸收受限是仔猪先天被动免疫低下的主要原因，进而引起仔猪高死淘率。新生儿Fc受体（neonatal Fc receptor, FcRn）是特异性转运IgG的唯一受体，它的表达极可能受TLR2/4-NF-κB信号通路的调控。因此，解析TLR2/4介导NF-κB通路在调控FcRn表达上的具体作用机制，对提高仔猪IgG吸收效率，增强被动免疫，减少仔猪死亡率具有重大意义。基于以上背景，本研究从细胞实验和动物试验两个维度展开。通过构建猪小肠上皮细胞IPEC-J2体外屏障模型，发现TLR2/4的特异性激动剂LTA和LPS均能调控IgG的跨膜转运，且二者的调控作用呈现出完全相反的结果。研究首次发现LTA和LPS对IgG差异调控的作用，并证明了LTA通过促进NF-κB p65磷酸化上调FcRn表达促进IgG转运，而LPS抑制IgG转运的作用不依赖于NF-κB p65磷酸化。鉴于LPS和LTA对IgG转运效率和NF-κB信号通路的差异调控作用，通过磷酸化蛋白质组学筛选了LPS和LTA差异调控的潜在靶点和信号通路。利用仔猪自身肠道菌群变化规律，通过宏基因组学和转录组学等手段，对仔猪空肠黏膜差异菌群和差异转录谱之间进行关联分析发现，NF-κB信号通路是与仔猪肠道菌群显著关联的信号通路，且qPCR结果进一步证实了NF-κB信号通路随时间的变化规律，表明NF-κB信号通路是介导肠道菌群调控IgG吸收的潜在通路，而乳酸菌极有可能参与肠道IgG的吸收。通过妊娠期母体抗生素处理试验，利用16S rRNA测序和代谢组学等分析手段，发现肠道菌群影响母体乳腺IgG的转运及仔鼠肠道IgG的吸收，代谢组学分析结果指出，肠道菌群显著影响了宿主胆汁酸代谢。进一步利用TLR2-/-和TLR4-/-基因敲除小鼠试验证实了TLR2和TLR4主要介导肠道菌群影响乳腺及肠道IgG转运。综上，肠道菌群调控新生仔猪IgG吸收，其调控路径为TLR2/4介导NF-κB信号通路调控FcRn表达。