姜黄素(Curcumin)对断奶仔猪肠道黏膜免疫损伤调节的表观遗传组学机理研究

Nutrition regulation to prevent or relieve the immune stress has become the important means of modern piglets production. Our early studies showed that curcumin as natural compounds plays an important role in regulating immune function, however, little is known about piglets, especially for its mechanism of immune regulation. We will investigate the effects of curcumin on the development, morphology and function of intestine in weaning piglets suffered immune stress. We will further investigate the amount, immunophenotype, proliferation, differentiation and maturation of T cells or dendritic cells, the levels of immunoglobulin and cytokine, and the expression of SOCS, AP-1, TLR and Akt/mTOR signal pathway; Through the experiment in vivo and vitro, using MeDIP, Chip and deep sequencing, genome-wide DNA methylation, Histone modification and microRNA expression profile are determined in intestinal mucosa of weaning piglets. In order to determine the key relative genes and epigenetic factors, the information of DNA methylation, histone modification, microRNA expression profile, SOCS, AP-1, TLR, NF-κB and Akt/mTOR signal pathway will be analysed, and then their network diagram will be built. The results may contributine to the better understanding of the epigenetic mechanisms of curcumin on regulation of intestinal mucosa immunity in weaning piglets, and suggest a potential strategy for enhancing neonatal immune response using curcumin as a new nutritional target.

通过营养调控预防或缓解免疫应激已成为了现代仔猪培育的重要手段，前期研究表明，姜黄素作为天然活性物具有重要的免疫调控作用，然而在畜禽上的研究仍十分缺乏，其深层次机理尚未清楚。本项目探讨姜黄素对免疫应激仔猪肠道生长发育、结构形态和生理功能的影响；进一步分析姜黄素对肠道黏膜T细胞和树突状细胞的数量、免疫表型、增殖和分化成熟，免疫球蛋白和细胞因子水平，及SOCS、AP-1和TLR等基因和Akt/mTOR信号通路表达的影响；通过体内外试验，以表观遗传组学为体系，利用MeDIP、Chip和高通量测序获取仔猪肠道全基因组DNA甲基化谱、组蛋白修饰谱、miRNA表达谱的数据，深入寻找和分析差异表观修饰位点，整合相关基因、信号通路和表观遗传信息，构建网络图，确定关键基因和表观因子，阐述姜黄素对仔猪肠道免疫功能调控的表观遗传学机理，确定新的营养调控靶点，形成新的学术观点，为仔猪肠道免疫调控新技术提供理论依据。

通过营养调控增强动物机体免疫功能，减少重大疫病的发生是实现无抗的重要方法和途径。前期研究表明，姜黄素作为天然活性物具有重要的免疫调控作用，然而在畜禽上的研究仍十分缺乏，其深层次机理尚未清楚。本项目通过在断奶仔猪日粮中添加不同浓度的姜黄素，通过仔猪生长性能、营养物质消化率、生理生化指标，确定200 mg/kg姜黄素为最适添加剂量，为姜黄素在断奶仔猪生产上的应用提供了重要的依据。在此基础上，本项目通过建立LPS诱导的免疫应激模型诱导断奶仔猪肠道损伤，而日粮中的姜黄素可以有效降低氧化应激、减少肠道细胞凋亡，从而改善免疫应激造成的肠道黏膜结构损伤。此外，在日粮中添加200 mg/kg姜黄素后，可以显著减少肠上皮内介导炎症反应的淋巴细胞，降低促炎性细胞因子的释放，抑制断奶仔猪肠道HMGB1/TRL4/MyD88信号通路的表达，减缓解肠道炎症反应，从而起到增强肠道免疫功能和修复肠道损伤的作用。进一步研究发现，姜黄素可影响断奶仔猪肠道黏膜microRNA的表达，特别是显著升高miR-7的表达。通过生物信息学分析，我们发现miR-7介导MAPK信号通路、NF-κB信号通路、Toll受体信号通路和TNF信号通路，并鉴定到IL-1β是miR-7的重要靶基因。此外，我们还探讨了姜黄素对m6A RNA 甲基化修饰的影响，结果发现姜黄素并不影响仔猪肠道的m6A RNA 甲基化水平，但是显著提高肝脏中m6A RNA 甲基化的水平，这可能与组织的特异性有关。以上结果表明，断奶仔猪日粮中添加姜黄素可减缓肠道损伤，降低肠道炎症反应，改善肠道免疫功能，有望成为新型抗生素替代品。该项目确定了姜黄素在断奶仔猪生产中适于的添加量，阐述姜黄素对断奶仔猪肠道黏膜免疫功能的表观遗传学机理，为仔猪免疫调控新技术提供理论依据。