抗菌肽Hepcidin介导仔猪铁代谢和免疫应答的机制研究

Iron deficiency in piglets is a nutritional deficiency disease, which can cause hematopoietic disorders, decreased immunity, slow growth or even death. Hepcidin, an antimicrobial peptide produced by the liver, constitutes the master regulator of iron homeostasis in mammals. It is a key regulator of systemic iron homeostasis and tightly linked to the immune system, but the exact mechanism is still unknown. The project will take piglets as mode animals to study the expression and antibacterial properties of Hepcidin. Researches will tackle the challenging questions how Hepcidin expression is regulated in response to changing systemic iron levels, bacterial infection and inflammatory stimuli, and explore a possible cellular pathways involving NF-kB. The results will be expected to identify the role of Hepcidin in mediating innate immunity and iron metabolism of piglets, which is helpful to understand and provide useful data to prevent iron deficiency of piglets.

仔猪缺铁症不仅引起仔猪造血机能紊乱，而且导致免疫力严重下降，最终引起生长缓慢甚至发病死亡的营养缺乏症，而Hepcidin作为一种由哺乳动物肝脏特异表达的抗菌肽，在体内铁代谢调控中发挥着重要的核心作用，但其引发仔猪免疫反应与维持铁代谢稳态间的关系及调控机制尚不清楚。本项目拟在研究仔猪Hepcidin表达规律和抗菌特性的基础上，通过构建仔猪体内染菌和缺铁模型，聚焦免疫因素与铁离子对Hepcidin的调控，运用分子生物学、细胞生物学和免疫学等手段，从基因转录水平、蛋白表达水平和组织水平探讨Hepcidin调控仔猪铁代谢和免疫应答的作用；并从NF-kB信号通路进一步探索其调控的可能分子机制，这有利于认识仔猪免疫与铁代谢的关系，为仔猪缺铁症的预防控制提供有效途径，对促进仔猪健康生长具有重要的理论和实践意义。

仔猪缺铁症不仅引起仔猪造血机能紊乱，而且导致免疫力严重下降，最终引起生长缓慢甚至发病死亡的营养缺乏症，而Hepcidin作为一种由哺乳动物肝脏特异表达的抗菌肽，在体内铁代谢调控中发挥着重要的核心作用，但其引发仔猪免疫反应与维持铁代谢稳态间的关系及调控机制尚不清楚。本项目在系统研究仔猪Hepcidin表达规律和抗菌特性的基础上，通过构建仔猪体内染菌和缺铁模型，聚焦免疫因素与铁离子对Hepcidin的调控，利用分子生物学、细胞生物学和免疫学等手段，从基因转录水平、蛋白表达水平和组织水平探讨Hepcidin调控仔猪铁代谢和免疫应答的作用。研究结果表明：猪Hepcidin (pHepc)与其他哺乳动物一样，主要在肝脏表达，其表达规律与体内铁含量密切相关；pHepc对几种常见病原菌无杀菌活性，但具有一定的抑菌功能，而且其保持了一般抗菌肽的膜作用机制和胞内作用机制。pHepc在pH4.0-8.0范围内和较高浓度铁离子环境中仍发挥抑菌活性，其具有广泛的pH适应性和不依赖铁离子的性能，但是血清会使得pHepc活性丧失；仔猪染菌（大肠杆菌）显著提高了Hepcidin的表达水平，从而降低了其受体蛋白FPN水平，使细胞输出造成障碍，引起组织中铁储存相关基因FtH表达增加，同时，染菌使十二指肠铁吸收基因DMT1的表达受抑，最终使得血铁含量减少，使仔猪表现出一定的缺铁倾向；缺铁导致断奶仔猪炎症水平升高，肝脏和十二指肠出现组织损伤，同时抑制了肝脏中hepcidin的基因和蛋白表达，提示hepcidin可能具有调节机体炎症水平的功能；pHepc在胞外菌（大肠杆菌K88）和胞内菌（鼠伤寒沙门氏菌CMCC50013）感染机体时发挥不同的作用。对于胞外菌，pHepc通过团聚细菌减少其对宿主细胞的粘附入侵；而对于胞内菌，pHepc结合膜铁转运蛋白FPN，限制胞内铁的流出，促进了鼠伤寒沙门氏菌在细胞内的增殖，加重机体感染。以上结果有利于认识仔猪免疫与铁代谢的关系，为仔猪缺铁症的预防控制提供有效途径，对促进仔猪健康生长具有重要的理论和实践意义。