猪乳外胞体对仔猪肠道发育与免疫的调控及分子机制

Pig production is very important in our country.Survival and health of piglets is the key factor to pig production, while digestive tract development and immunity of piglets are crucial to piglet health.Milk is unique nutritional resource to new born piglet. Up to now, exosom was found in porcine milk, which is possiblly a new way to transmit message to piglets.In this study, we hypothesize that porcine milk exosome be able to regulate propagation of digestive tract membrane cell and digestive tract immunity.We firstly analysis miRNA,mRNA and proteins in porcine milk exosome with high throughput method and bioinformatics;then porcine milk exosome is tested in cell line and primarily cultivated cells to see its regulation on cell propagation and immunal function, and predicted miRNA and mRNA are also tested to explore its function and mechemism.Finally the above regulation is proved by in vivo test in piglets or new born mice.The predicted results of this project are helpful to understand of milk exosome function,innovate milk nutrition and regulation theory, and provide novel idea to improve piglet health.

我国是猪的养殖及消费大国。仔猪的成活率及健康水平是制约养猪生产的关键因素，而仔猪肠道发育是影响健康的关键因素。母乳是新生仔猪唯一的营养来源。猪乳中除已知的成分外，近年来发现还含有外胞体。外胞体中含有miRNA、mRNA及蛋白质，可能是猪乳中另一种新的信息物质。本项目提出猪乳外胞体调控仔猪肠道发育及免疫功能的假设。首先得用组学及生物信息学的方法对猪乳外胞体中的miRNA、mRNA及蛋白质进行解析；然后采用细胞生物学及分子生物学的方法在细胞水平验证外胞体对猪肠道上皮细胞的增殖及免疫细胞功能的调控作用，并解析相关的miRNA和 mRNA作用的分子机制；最后通过仔猪和仔鼠的动物实验，结合细胞及分子的检测，确定猪乳外胞体对仔猪肠道的发育及免疫功能的影响及其分子机制。该项目的预期结果可以明确猪乳外胞体生理功能，创新猪乳营养及调控的理论，为提高仔猪的健康水平提供理论基础和新的思路。

猪乳外泌体（Exosome）是一类由细胞通过内吞作用形成的直径为40～100nm之间的膜上小囊泡，可在不同组织和细胞间传递信号。研究表明，外泌体能携带mRNA、miRNA、蛋白质等多种生物活性物质，但对其功能分子的调控机制研究颇少，尤其是关于乳外泌体对肠道细胞增殖与免疫的影响尚未见报道。.因此，本研究分别采用不同的组学方法，对猪乳外泌体中mRNA、蛋白质及miRNA进行挖掘和分析；并在此基础上进一步通过体内和体外试验以及在DON和LPS干预条件下，验证猪乳外泌体及其功能分子miRNA对肠道增殖、凋亡及免疫的调控作用及机制。.主要研究结果表明：1、猪乳外泌体中包含大量与免疫、代谢、增殖相关的mRNA，蛋白质和miRNA等功能分子，并有相当部分miRNAs可参与调控仔猪肠道IgA的产生； 2、通过添加不同浓度猪乳外泌体处理IPEC-J2细胞发现均可显著促进细胞增殖，进而分析发现该增殖现象与miRNAs及其靶基因相关； 3、活体灌服含0.125μg和0.25μg总RNA的猪乳外泌体3周后显著提高了小鼠小肠绒毛高度、隐窝深度和绒毛隐窝的比例并增加CDX2，PCNA和IGF-1R基因及蛋白的表达和抑制Tp53基因及蛋白的表达；4、DON干扰试验表明，猪乳外泌体显著缓解DON对小鼠体增重和采食量的负面影响，且可以通过多个miRNAs调控细胞增殖、凋亡及紧密连接相关分子降低肠道上皮的损伤。5、LPS干扰试验表明，猪乳外泌体能够显著缓解LPS对体增重的负面影响，分子检测表明可通过miR-4334、miR-219和miR-338及其靶基因保护空肠的完整性和减弱肠上皮细胞的促炎因子分泌；6、活体试验表明，猪乳外泌体能显著增加血清IFN-γ、IFN-γ/ IL-4的比例，增加回肠IFN-γ和TLR4 mRNA表达水平；同时增加脾脏T-bet mRNA表达，表明猪乳外泌体在无干预条件下亦能提高小鼠肠道免疫水平。.本研究揭示了猪乳外泌体的生物组成，对猪乳外泌体功能成分对肠道细胞发育与健康的调控及其机制进行一定程度的阐明，为深入认知乳的生物学功能，理解母子一体化的调控功能提供了科学依据。