脂质运载蛋白2对仔猪肠道抗感染免疫的影响及机制研究

Iron deficiency in piglets is a susceptible nutritional deficiency disease. Iron supplementation has been proved to be beneficial and used widely in pig breeding. However, it doesn’t work for piglets under diarrhea or infection stress, because iron is an essential nutrient for both animals and pathogens. Therefore, how to supply iron scientifically becomes a key to healthy breeding pigs. Lipocalin-2 (Lcn2) can not only prevent bacterial iron acquisition by sequestering iron-loaded siderophores, but also transport iron instead of transferrin. The project will take piglets as mode animals to figure out the relationship among Lcn2 expression, iron homeostasis and innate immune defense. Researches will tackle the challenging questions how Lcn2 affect the interaction between gut immunity and iron-withholding defenses to response to bacterial infection, ensuring that host-pathogen interface remains an ever-evolving battleground for iron. Through this project, we will reveal the important functions of Lcn2 in regulating gut immunity of piglets, and provide new ideas for the prevention of iron deficiency in piglets under infection.

仔猪缺铁症是仔猪的易发病，给仔猪补铁已成为普遍使用的常规手段。然而，在仔猪腹泻情况下补铁反而加重感染，其原因是补充的铁促进了病原微生物的生长繁殖。因此，如何在感染情况下对仔猪进行科学补铁就成为生猪健康养殖的关键。基于脂质运载蛋白2（Lcn2）既能结合细菌铁载体抑制细菌获铁，又可替代转铁蛋白发挥铁运输作用，本项目拟在系统阐述仔猪Lcn2表达与机体铁代谢、抗感染免疫关系的基础上，通过构建仔猪细菌感染模型，聚焦仔猪肠道功能，探讨Lcn2对肠道铁吸收、菌群结构和固有屏障功能的影响；利用体外细胞模型，探究Lcn2对猪小肠上皮细胞炎症损伤和巨噬细胞铁代谢及极化的调控；进一步利用敲除鼠模型，深入分析Lcn2影响肠道抗感染免疫的途径及分子机制。通过本项目的研究，将揭示Lcn2在仔猪肠道免疫与病原菌互作中的重要功能，为感染情况下仔猪缺铁症的预防和控制提供新思路。

铁是机体生长所必须的营养素，当仔猪感染病原菌时，机体会大量分泌嗜铁蛋白（Lcn2，又称脂质运载蛋白2）结合病原微生物分泌的铁载体，从而抑制病原菌增殖。Lcn2广泛参与多种生命过程，包括脂质代谢、炎症反应以及细胞功能等，但其在免疫调节方面的具体机制不明。本项目聚焦肠道功能，系统研究了Lcn2调控仔猪抗感染免疫的作用及可能机制。研究结果表明：（1）仔猪染菌显著提高了空肠中Lcn2的基因表达水平，其与免疫因子IL-17/IL-22的表达密切相关。染菌后机体Lcn2表达呈抛物线型，说明Lcn2为急性应激蛋白，可能参与了细菌的感染过程与机体的免疫过程。（2）Lcn2 能缓解细菌感染对小鼠造成的炎症损伤，并改善染菌小鼠的肠道屏障功能，但对其铁代谢无显著影响。（3）外源添加或机体自身分泌的Lcn2均能显著抑制大肠杆菌的增殖。而且，Lcn2能维持中性粒细胞的成熟与稳态，并能提高其迁移能力。同时，Lcn2能影响巨噬细胞的分泌功能，促进其吞噬和迁移作用。（4）敲除Lcn2可使LPS刺激小鼠的炎症症状加剧，肠道绒毛受损，促炎因子分泌增加。Lcn2主要在巨噬细胞的胞质中表达。敲除Lcn2能加剧巨噬细胞的炎症应答，促炎因子显著上调，抑炎因子显著下调，而添加Lcn2则能逆转其反应。敲除Lcn2小鼠的巨噬细胞显著上调炎症相关通路蛋白，但其吞噬和自噬功能下降。说明Lcn2是系统性炎症应激的保护因子，也是炎症过程中巨噬细胞发挥其功能不可或缺的细胞因子。（5）Lcn2在小鼠结肠上皮细胞、中性粒细胞中大量表达，Lcn2敲除通过破坏肠道上皮细胞的稳态，降低肠道紧密连接蛋白表达，干扰肠道微生态，影响肠道免疫细胞等途径加剧小鼠结肠炎症状。以上结果有利于认识Lcn2在仔猪肠道免疫与病原菌互作中的重要功能，为感染情况下仔猪缺铁症的预防和控制提供新思路。