谷氨酰胺对细菌感染过程中虹鳟肠黏膜免疫球蛋白IgT的调控作用研究

Intestinal inflammation induced by bacterial infection causes enormous losses to aquaculture industry, while enhancing the disease-resistance ability via nutritional modulation owns various advantages. Earlier studies have shown that glutamine, which serves as the main fuel source for intestine, can improve fish intestinal health and enhance systematic immunity; however, less is known about its role on the local immunity of fish intestine, especially its mucosal specific immunity. Thus our present program tries to evaluate the influence of dietary glutamine on cell signaling pathways of rainbow trout during bacterial infection with Vibrio anguillarum, and how these signaling pathways modulate the proliferation and differentiation of intestinal IgM+ B lymphocytes and IgT+ B lymphocytes, which finally results in increased secretion and titer of IgT within intestinal mucous to defend against the invasion of bacteria. Methods including western blot, flow cytometry, Edu injection and immunofluorescence would be adopted, with the combination of both nutritional study and bacterial infection study. With above research, our results would reveal the interaction between nutritional metabolism and intestinal mucosal specific immunity, and finally benefit the sustainable development of aquaculture.

鱼类细菌性肠炎多发给水产养殖业造成巨大损失，通过营养调控手段增强鱼体对病原抵抗力具有巨大优势；已有研究表明作为肠道主要能源物质之一的谷氨酰胺可以改善鱼体肠道健康、提高系统性免疫功能，但对鱼类肠黏膜特异性免疫调控机制研究还非常有限。因此本项目拟采用摄食生长法结合细菌感染试验，通过Western Blot、流式细胞术、Edu注射法、免疫荧光等技术，系统研究在鳗弧菌感染虹鳟过程中谷氨酰胺如何激活肠道细胞内相关信号通路来调控肠道IgT+和IgM+ B淋巴细胞的增殖和分化，进而促进免疫球蛋白IgT的分泌和效价以执行对入侵病原的免疫清除作用。这将有助于在一定程度上揭示鱼类营养代谢与肠黏膜特异性免疫应答之间相互关系，推动水产养殖业的健康可持续发展。

在全球对抗生素使用监管更加严格的当下，通过营养调控手段提高鱼类免疫功能、增强抵抗病原感染的能力具有巨大优势，是持续推进水产养殖用药减量行动的重要举措。已有研究表明作为肠道主要能源物质之一的谷氨酰胺可以改善鱼体肠道健康、提高系统性免疫功能，但对鱼类肠等黏膜特异性免疫调控机制研究还非常有限。考虑到鱼类是进化上最早出现专职B淋巴细胞和免疫球蛋白的物种之一，因此本项目首先从虹鳟头肾中分离得到包括B细胞在内的白细胞群体，通过体外培养实验证明了谷氨酰胺可提高虹鳟B细胞数目和免疫球蛋白Igs分泌功能。为揭示鱼类营养代谢与免疫应答之间相互关系，有必要阐明在病原感染期间鱼类代谢重构及内在调控机制；为此本项目接着阐明了在细菌感染条件下mTORC1通路对鱼类免疫代谢发挥重要的调节功能，可作为营养免疫的调控靶点，而作为mTORC1通路激活剂的谷氨酰胺有调控鱼类免疫功能的潜力。随后开展了摄食生长实验，证明了饲源谷氨酰胺可激活虹鳟mTORC1信号通路、提高虹鳟肠黏膜处IgT+ B细胞数目和IgT分泌功能；而在细菌感染过程中谷氨酰胺亦可分别增加虹鳟头肾和肠粘膜中IgM+ 和IgT+ B细胞数目以抵抗感染，保护肠道和鳃等黏膜组织结构，同时谷氨酰胺还对鱼体的免疫和抗氧化系统发挥重要调节功能，并可抑制细菌感染引起的鱼类细胞凋亡和自噬过程，增强对细菌感染的抵抗力。因此，谷氨酰胺可作为鱼类养殖生产中的重要免疫增强剂，尤其是可提高肠等黏膜组织中IgT+ B细胞数目和免疫球蛋白IgT分泌抵抗细菌感染，可开发为饲料添加剂和功能性饲料等。.本研究的结果揭示了鱼类营养代谢与肠黏膜特异性免疫应答之间的交互关系，鉴定到mTORC1通路可作为营养免疫的调控靶点，且作为mTORC1通路激活剂的谷氨酰胺可增强鱼类肠黏膜特异性免疫屏障、显著提高鱼类抵抗细菌感染能力，可减少水产养殖生产中抗生素的使用，助推水产业的绿色健康可持续发展。