微生物群体感应信号分子介导IUGR仔猪肠道屏障功能损伤的机制

Intrauterine growth restriction (IUGR) gives rise to intestinal barrier dysfunction in piglets, which impacts their production potential and results in great economic losses. Our previous studies have found that the expression of paraoxonase 2 (PON2), the potential receptor of microbial quorum sensing (QS) signal molecules, was significantly increased in the intestinal epithelium of IUGR piglets, but the molecular mechanisms of QS signal molecules regulating the impairment of intestinal barrier function in IUGR piglets is currently lacking. This program focuses on the idea of microbial QS signal molecules-PON2-intestinal epithelial barrier function, takes IUGR weaned piglets as the object, integrates the methods of microbiology, molecular biology as well as cell biology, and carries out the research from the following three aspects: (1) Study the effect of IUGR on QS signal molecules in the intestinal tract of piglets; (2) Constructing the QS signal molecular inhibition model of IUGR piglets and the QS signal molecular perfusion model of normal piglets, revealing the effects of QS signal molecules on the intestinal epithelial barrier function of IUGR weaned piglets; (3) Further constructing the QS signal molecules/PON2 knockdown/intestinal epithelial cells co-culture model, analyzing PON2's role in QS signal molecular regulation of intestinal epithelial cell barrier function. These findings will provide the theoretical basis for the screening of key targets of nutritional regulation of IUGR piglets.

宫内发育迟缓（IUGR）导致仔猪肠道屏障功能障碍，影响仔猪生产潜力，造成巨大的经济损失。前期研究发现，微生物群体感应（QS）信号分子的潜在受体对氧磷酶2（PON2）在IUGR仔猪肠道组织中的表达显著升高，但目前缺乏QS信号分子调控IUGR仔猪肠道屏障功能损伤的分子机制研究。本项目围绕QS信号分子-PON2-肠道屏障功能这一思路，以IUGR断奶仔猪为对象，整合运用微生物组学、分子生物学和细胞生物学的研究手段，从以下三个方面展开研究：①研究IUGR对仔猪肠道内QS信号分子浓度的影响；②构建IUGR仔猪的QS信号分子抑制模型和正常仔猪的QS信号分子灌注模型，揭示QS信号分子对IUGR仔猪肠道屏障功能的影响；③进一步构建QS信号分子/PON2基因缺失/肠上皮细胞共培养模型，解析PON2在QS信号分子调控肠上皮细胞屏障功能的过程中发挥的作用，为IUGR仔猪营养调控关键靶点的筛选提供理论依据。

宫内发育迟缓（IUGR）导致仔猪肠道屏障功能障碍，影响仔猪生产潜力，造成巨大的经济损失。肠道内革兰氏阴性菌分泌的群体感应（QS）信号分子能够调节宿主细胞生理活动。本项目使用正常初生重和IUGR猪，研究IUGR对生长猪肠上皮屏障功能与肠道微生物的不利影响，揭示IUGR仔猪肠腔中QS信号分子与微生物区系间的相关性，阐明革兰氏阴性菌分泌的QS信号分子3OC12-HSL对猪肠上皮细胞的不利影响及其分子机制，并基于无菌动物模型解析3OC12-HSL导致肠上皮屏障功能损伤的微生物介导机制。项目正式实施以来，在对生长期IUGR猪肠道屏障和微生物的研究中发现原始IUGR所致的猪肠道屏障功能和微生物区系紊乱持续到生长阶段，革兰氏阴性菌的大量增殖可能与肠道损伤密切相关；通过检测粪便中革兰氏阴性菌驱动的QS信号分子发现IUGR仔猪肠腔中的3OC12-HSL显著高于正常仔猪，且3OC12-HSL浓度与差异细菌丰度呈强烈相关性，首次证实了IUGR仔猪肠腔内存在革兰氏阴性菌来源的QS信号分子；利用体外细胞培养实验发现3OC12-HSL降低肠上皮细胞活力，诱导细胞凋亡和紧密连接蛋白消融，改变细胞的跨质膜导入以及精氨酸和脯氨酸的代谢，最终破坏肠上皮细胞屏障；通过整合无菌动物与粪菌移植技术发现3OC12-HSL重塑的肠道菌群能够直接导致肠上皮屏障功能损伤，首次在动物体内证明了3OC12-HSL通过调控特定微生物破坏肠道屏障功能，该研究方法为解析猪功能微生物与宿主相互作用机制提供了新思路。项目实施期间培养了1名博士后，累计发表论文10篇。本项目在科学研究与人才培养两个方面均达到预期目标。