转录因子KLF5介导褪黑素促进鸡小肠黏膜的更新

Intestinal mucosa is an important tissue for nutrition absorption and protect animal from invading microbes. Renewal of intestinal mucosa is necessary for barrier function, physiological function and intestinal self-repair, while intestinal stem cell (ISC) proliferation is the key for renewal. Present study, based on ISC proliferation, will disclose the pathway that melatonin (MT) acts on mucosal renewal. Research content includes, 1) Identify ISC in chicken by ISC marker’s selection and location, subcellular structure analysis, and pluripotency analysis (transplant of “miniguts”). 2) Disclose the regulation of MT on mucosal renewal by analyzing ISC proliferation, mucosal structure, migration of epithelial cell, cellular tight junction protein expression and transporters expression. 3) Inhibitor administrates and gene knockdown will be used to demonstrate that KLF5 (a key transcription factor which mediate ISC proliferation) plays a critical role in the effect of MT on intestinal mucosal renewal. 4) Mechanism which MT alleviate mucosal inflammation will be disclosed on LPS-induced intestinal inflammation model. These results could demonstrate the pathway that promoting effect of MT on chicken mucosal renewal. Finally, these results will help to improving intestine health and nutrient absorption in poultry husbandry.

肠黏膜是机体养分吸收的场所和抵御病原微生物入侵的主要屏障，肠黏膜的更新是维持其屏障作用、实现生理功能以及损伤后修复的必需环节，而小肠干细胞（ISC）增殖是肠黏膜更新的核心。本项目以ISC增殖为研究对象，阐明褪黑素（MT）调节鸡小肠黏膜更新的机理。内容包括：①通过ISC标记分子的筛选与定位，亚细胞结构分析与多潜能性分析（“类器官”移植）鉴定鸡ISC；②从ISC增殖、小肠黏膜结构、上皮细胞迁移速率、细胞间紧密连接蛋白表达及关键养分转运蛋白表达等方面研究MT对肠黏膜更新的调节作用；③采用抑制剂处理和基因敲减技术，研究KLF5（一种介导ISC增殖的关键转录因子）在MT调节鸡小肠黏膜更新中的重要作用；④用LPS制备肠炎模型，研究MT对肠黏膜炎症的缓解作用及其分子机理。研究结果将有助于阐明MT对鸡小肠黏膜更新的促进作用及其信号转导机理，最终促进家禽肠道健康并提高养分吸收效率。

本项目以褪黑素（MEL）调节鸡肠黏膜更新及其生理功能为主线，深入研究其作用机制，并探讨褪黑素对肠黏膜炎症的缓解作用。主要研究成果包括：1）建立并优化鸡小肠隐窝体外培养体系，进一步的结构分析显示所培养的鸡小肠隐窝“类器官”具有隐窝的一般结构和生理活性；2）由于家禽肠黏膜上是否存在潘氏细胞尚有争议，在本项目实施过程中我们分别从形态学层面、蛋白表达层面以及基因转录层面发现了鸡小肠隐窝存在潘氏细胞的切实证据；3）通过雏鸡的MEL体内处理，我们发现MEL可通过抑制Notch信号进而提高雏鸡肠黏膜杯状细胞数量与分泌功能以及隐窝上皮细胞增殖率，最终促进肠黏膜消化酶活性与免疫屏障功能；4）在细菌脂多糖（LPS）诱导雏鸡肠黏膜炎症模型上，我们发现饲喂MEL可通过抑制TLR4而下调促炎症因子表达、增强上皮细胞增殖、改善黏膜免疫屏障以及抑制上皮细胞凋亡，最终缓解LPS诱导的鸡十二指肠炎症。同时，我们还发现饲喂牛磺酸可在十二指肠局部增强抗氧化性能，并通过改善线粒体膜通透性和杯状细胞分泌功能而最终缓解LPS诱导的鸡十二指肠黏膜炎症；5）通过对产蛋高峰期蛋鸡饲喂不同剂量MEL，我们发现低剂量MEL（0.625 mg/kg diet）可通过提高肠道局部的抗氧化性能而促进肠黏膜氨基酸转运蛋白表达，进而提高血液中氨基酸水平，最终提升蛋鸡的产蛋性能与蛋品质；6）对蛋鸡小肠KLF5基因的表达进行了定性与定位分析，结果显示KLF5特异性高表达于蛋鸡小肠隐窝底部，对小肠干细胞发育发挥重要作用。综上所述，本项目发现适量MEL可提高鸡肠黏膜的更新速率、抗炎反应能力以及氨基酸吸收水平，最终提升鸡的肠道健康与产蛋性能。