乳酸菌调控Nrf2信号通路对断奶仔猪腹泻肠黏膜屏障损伤的保护作用与机制

Protecting and repairing the intestinal mucosal barrier is the key factor to control post weaning diarrhea of piglet. Our preliminary experimental results show that probiotic lactic acid bacteria can provide protective effects on the intestinal mucosal barrier, significantly decreased oxidative stress, and that Nrf2, HO-1 and NQO1 expression significantly increased. We, therefore, propose a hypothesis that activation of Nrf2 by probiotic lactic acid bacteria enable cells to release inflammatory factor reduction and reconstruct the oxidation-reduction equilibrium, and then produce protective response on intestinal cells. We infer this maybe a novel mechanisms of the protective response to intestinal mucosal barrier by Lactic acid bacteria. For the first time this application intend to connect probiotic lactic acid bacteria protective effects with Nrf2 signaling pathway in weaned piglets diarrhea model. Using cell model, animal model and Nrf2 gene knock in mice, We will use a variety of techniques, such as RNAi, Nrf2 gene expression, real time PCR, confocal microscopic imaging and other technology, to prove our hypothesis on different level from the whole to molecular level. The study will provide new ideas and new targets to prevent or treat weaned piglets diarrhea disease by regulating the intestinal function using probiotic lactic acid bacteria.

肠道黏膜屏障损伤保护与修复是有效防控断奶仔猪腹泻的关键问题。前期实验结果显示益生乳酸菌可以保护断奶腹泻仔猪肠道黏膜屏障，显著减缓氧化应激，并观察到与Nrf2相关的蛋白HO-l和NQO1表达明显上调。推测益生乳酸菌通过调控Nrf2信号通路重建氧化还原平衡、减少炎性损失可能是其保护肠黏膜屏障的一个新机制。拟首先在断奶仔猪腹泻模型中分析Nrf2动态变化与该病发生、发展和病程的关系，明确氧化应激与Nrf2信号通路在断奶仔猪腹泻的发生中的作用，再进一步使用细胞模型、动物模型以及Nrf2基因敲除鼠，应用 RNA干扰、实时定量PCR、激光共聚焦等技术，从形态结构、功能、效应因子作用、修复等不同角度阐明Nrf2在益生乳酸菌对断奶仔猪腹泻肠黏膜屏障的保护作用和机制，从整体-细胞-分子层次证明我们的假说。研究将为益生乳酸菌调控肠道功能机制和断奶仔猪腹泻的防治提供新思路和新靶点。

断奶仔猪腹泻发病率高，危害严重，是全世界范围内长期困扰养猪业健康发展的一个难题。解析发病机制，寻找新的解决途径已成为防控该病的重要科学问题。研究中首先利用实验性断奶仔猪腹泻模型证实氧化应激在断奶仔猪腹泻发生中起重要作用，尤其是在发病早期可能起关键作用，并证实和Nrf2 受到抑制密切相关。体外和体内实验证实应激激素儿茶酚胺类激素促进产肠毒素大肠杆菌生长和毒力表达以及抑制益生菌的保护性作用，改变肠道菌群结构是促进断奶仔猪腹泻发生的一个新机制；建立了应激激素和益生菌抗感染之间的联系，拓展了微生物内分泌学研究。从多种来源筛选出的新菌株为益生菌制剂与功能性食品的研发扩充了乳酸菌菌种的种类多样性，乳酸菌对肠道致病菌生物被膜形成抑制为研究抑菌机理提供新的论据支持。以吲哚美辛小鼠肠道氧化损伤模型证实，短乳杆菌23017对小鼠的保护作用是通过调节MAPK p38和Nrf2信号通路实现的，并且和调控小鼠肠道sIgA存在联系。病原菌肠道感染模型证实，益生菌L. brevis 23017通过影响炎症相关细胞因子和肠道紧密连接蛋白的表达水平，抑制肠道氧化应激反应的发生，并刺激小鼠肠道中产生更多特异性sIgA，其保护作用可能通过调节MAPK p38和NF-κB信号通路实现的。H2O2--IPEC J2细胞互作模型中证实植物乳杆菌27197对细胞产生的保护作用与缓解机体氧化应激反应减缓刺激细胞的Nrf2信号通路抗氧化蛋白的转录水平有关，也提示益生菌对氧化应激存在双向调节作用。实验性断奶腹泻仔猪感染模型中证实，乳酸菌对仔猪的保护作用和调控NF-κB、p38 MAPK、Nrf2等信号通路密切相关，Nrf2和炎症发生、肠道损伤修复、黏膜屏障功能维持等密切相关，调控nrf2通路可有效提高断奶仔猪腹泻治疗效果。研究解析了断奶仔猪腹泻发生的新机制，揭示益生乳酸菌调控肠道功能机制，也为断奶仔猪腹泻的防治提供新思路和新靶点。