4-羟基壬烯醛通过MAPK信号促进猪小肠上皮细胞凋亡、降低肠屏障功能的机理研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31572410
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1705.动物营养学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The intestinal barrier function is critical for the growth, development and health in animals including pigs. To maintain appropriate intestinal function, the balance between cell proliferation, differentiation and apoptosis of intestinal epithelial cell, one of the predominant cell types in intestine, is critical for the intestinal structure of small intestine. As the first line of defense, intestinal epithelial cells are exposed to endogenous and exogenous stimuli such as pathogenic bacteria, toxin and antigens which might influence the proliferation or apoptosis by regulating genes involved in related signaling. 4-hydroxynonenal, an end product of lipid oxidation, has recently been reported to function as a molecular signal and is associated with multiple diseases. In our previous study, we found that the intestinal permeability and the expression of tight junction protein were lowered in weanling piglet as compared with that of suckling piglets. Also the food intakes and growth performance were also decreased. To investigate the underlying mechanisms, we found that the plasma and the intestinal 4-hydroxynonenal (4-HNE) were increased compared with that of controls. Importantly, we found that glutamine supplementation abolished weanling stress induced barrier dysfunction and tight junction protein expression alteration in in vitro and in vivo studies. Also the plasma 4-HNE were decreased accompanied the beneficial effects of glutamine. These results suggest a critical role of 4-HNE in intestinal barrier function. As 4-HNE is an end product of oxidative stress and associated with oxidative damage in multiple metabolic diseases, it is plausible to hypothesis that oxidative damage exists in intestinal environment and contributes to the barrier function dysfunction. However, as far as we know, there is very few data to support this viewpoint. The aim of this study is to test the hypothesis that 4-HNE induces apoptosis in intestinal epithelial cells and contributes to the barrier function disruption. In this study, weanling piglets or pig intestinal epithelial cells were left untreated as control or were subjected to 4-HNE, NAC or 4-HNE+NAC. Apoptosis and barrier function were determined by using Real-time PCR, Western blot analysis (especially the MAPK family proteins), ussing chamber technology, trans-epithelial electric resistance (TEER) analysis, and immunohistochemistry analysis. siRNA mediated knockdown experiments or over-expression of the critical target genes were conducted for further functional analysis to reveal the underlying molecular mechanism. Results from this study will elucidate the effect of MAPK signaling activated by 4-HNE on apoptosis in intestinal epithelial cells as well in the maintenance of integrity of barrier. Also, NAC, a well-known antioxidant will be applied to validate whether it can protect 4-HNE induced cell death and barrier function disruption in piglets and porcine intestinal epithelial cells.
小肠屏障功能对猪的生长、发育和健康有重要影响。机体内外环境中的各种应激,是影响仔猪屏障功能的重要因素。应激条件下,猪体内脂质氧化产物 4-羟基壬烯醛(4-HNE)含量明显升高,4-HNE 能否通过MAPK家族蛋白,诱导肠上皮细胞凋亡,进而造成猪肠屏障功能紊乱,目前还不清楚。本研究拟采用体内、体外试验相结合的方法,应用免疫组化、肠通透性检测、Western blot、流式细胞技术、活性氧检测、Real-time PCR、siRNA干扰、基因过表达等技术手段,研究4-HNE通过激活MAPK信号蛋白(p38MAPK、JNK、ERK1/2)诱导肠上皮细胞凋亡的机制及其与肠屏障功能的关系, 并对抗氧化剂(NAC)抑制细胞凋亡,改善肠屏障功能的可能机制进行研究。拟开展工作对阐明氧化应激引起的肠上皮细胞凋亡在肠屏障功能中的作用,以及通过应用抗氧化剂减少氧化应激对健康造成的不良影响具有重要研究意义。

结项摘要

小肠屏障功能对营养物质的转运吸收以及猪的生长、发育和健康有重要影响。断奶应激影响仔猪的肠屏障功能和饲料利用效率,增加了养殖成本。因此改善断奶应激对仔猪肠屏障功能的不良影响是提高饲料利用效率,降低养殖成本的重要措施。本项目通过体内试验,发现断奶仔猪空肠组织和血液中脂质过氧化产物 4-羟基壬烯醛(4-HNE)含量明显升高,肠道通透性增加,紧密连接蛋白表达下降,氧自由基含量及细胞凋亡明显增加,空肠组织中应激相关蛋白表达明显增加。体外研究发现,4-HNE能够激活应激相关信号蛋白p38MAPK、JNK以及ERK1/2磷酸化,引起肠上皮细胞的凋亡和单层细胞电阻的下降,通透性明显增加,出现Caspase-3依赖性的细胞凋亡。补充氮乙酰半胱氨酸(NAC)或谷氨酰胺后,明显降低了细胞凋亡的发生,并改善了肠上皮的通透性, 提高了肠上皮细胞中还原型谷胱苷肽(GSH)的含量,增加了氧自由基清除能力,从而抑制4-HNE引起ERK1/2磷酸化和细胞凋亡,ERK1/2抑制剂也能够缓解4-HNE诱导的细胞凋亡,提示ERK1/2是参与凋亡的关键蛋白。进一步的研究发现,氮乙酰半胱氨酸(NAC)主要通过调节丝裂原活化蛋白激酶磷酸化酶(MKP-1)来发挥其生物学功能。在揭示其凋亡机制的基础上,我们进一步研究了补充谷氨酰胺对猪空肠上皮细胞凋亡和肠屏障功能的影响。发现谷氨酰胺能增加肝脏中4-HNE的代谢,促进GSH的生成,从而降低4-HNE引起的细胞凋亡。谷氨酰胺的保护作用与其调节猪肠上皮细胞内质网蛋白质的翻译、折叠和修饰密切相关。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Dietary L-Tryptophan Supplementation Enhances the Intestinal Mucosal Barrier Function in Weaned Piglets: Implication of Tryptophan-Metabolizing Microbiota
日粮补充 L-色氨酸可增强断奶仔猪的肠粘膜屏障功能:色氨酸代谢微生物群的意义
  • DOI:
    10.3390/ijms20010020
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    International Journal of Molecular Sciences
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Liang Haiwei;Dai Zhaolai;Kou Jiao;Sun Kaiji;Chen Jingqing;Yang Ying;Wu Guoyao;Wu Zhenlong
  • 通讯作者:
    Wu Zhenlong
Glycine supplementation to breast-fed piglets attenuates post-weaning jejunal epithelial apoptosis: a functional role of CHOP signaling
母乳喂养仔猪补充甘氨酸可减弱断奶后空肠上皮细胞凋亡:CHOP 信号传导的功能作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Amino Acids
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Fan Xiaoxiao;Li Shuai;Wu Zhenlong;Dai Zhaolai;Li Ju;Wang Xiaolong;Wu Guoyao
  • 通讯作者:
    Wu Guoyao
Metabolism, Nutrition, and Redox Signaling of Hydroxyproline
羟脯氨酸的代谢、营养和氧化还原信号
  • DOI:
    10.1089/ars.2017.7338
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Antioxidants and Redox Signaling
  • 影响因子:
    6.6
  • 作者:
    Wu Zhenlong;Hou Yongqing;Dai Zhaolai;Hu Chien An A;Wu Guoyao
  • 通讯作者:
    Wu Guoyao
4-Hydroxy-2-nonenal induces apoptosis by activating ERK1/2 signaling and depleting intracellular glutathione in intestinal epithelial cells
4-Hydroxy-2-nonenal 通过激活 ERK1/2 信号传导并消耗肠上皮细胞中的细胞内谷胱甘肽来诱导细胞凋亡
  • DOI:
    10.1038/srep32929
  • 发表时间:
    2016-09-13
  • 期刊:
    Scientific Reports
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Ji Y;Dai Z;Wu G;Wu Z
  • 通讯作者:
    Wu Z
Endoplasmic reticulum stress-induced apoptosis in intestinal epithelial cells: a feed-back regulation by mechanistic target of rapamycin complex 1 (mTORC1)
内质网应激诱导的肠上皮细胞凋亡:雷帕霉素复合物 1 (mTORC1) 机制靶标的反馈调节
  • DOI:
    10.1186/s40104-018-0253-1
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Animal Science and Biotechnology
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Ji Y;Luo X;Yang Y;Dai Z;Wu G;Wu Z
  • 通讯作者:
    Wu Z

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  • 通讯作者:
    董世
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    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    动物营养学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    周智旋;戴兆来;武振龙;伍国耀
  • 通讯作者:
    伍国耀

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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