脂多糖对Caco-2/HT-29细胞共培养中肠黏液层屏障功能的调节机制

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内毒素是所有种类革兰氏阴性菌外膜都具有的一种组成成分,被认为是细菌细胞死亡后释放的一类非具体生物分子,内毒素的生化描述为脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS),内毒素耐热、稳定性较强,所以可以长期存在于养殖场的环境中,对家畜造成严重的危害。哺乳动物的肠道是动物机体内最大的细菌微生物储存库。肠黏膜受损的情况下会使得LPS分子进入人体血液,引起内毒素血症。肠道黏液层是将共生菌和内毒素与内部组织分隔开来,以抵抗外源性细菌和肠道微生物的侵袭,在维持肠道微生态平衡等方面发挥着重要作用。然而LPS对肠道黏膜屏障的结构有着怎样的影响,以及肠道中黏液层的重要组分黏蛋白MUC2发挥作用的机制研究尚不明确。本文以Caco-2/HT-29共培养细胞为体外试验模型,利用CCK8、Alcian/PAS染色、免疫荧光、si RNA、转录组测序、ELISA、和荧光定量PCR等技术,阐明了LPS对肠道上皮黏液层及细胞间紧密蛋白的作用,以及在MUC2基因表达降低的情况下,LPS对肠道上皮屏障的影响及其机制。已取得的研究结果如下:1.通过qPCR检测3:1(Caco-2:HT-29)和9:1(Caco-2:HT-29)共培养细胞三种基因MUC2、MUC5AC、ALPi的表达量,证明了3:1(Caco-2:HT-29)相比于9:1(Caco-2:HT-29)表达更高的黏蛋白mRNA,是更优的接种比例。通过CCK8细胞增殖毒性试验确定了400μg/m L是最适合的攻毒剂量,使用添加400μg/m L LPS的培养基处理3:1(Caco-2:HT-29)共培养细胞12h、24h、36h、48h,之后分别用Alcian和PAS染色法对其进行染色,对照组的共培养细胞在24h时分泌最多的酸性黏蛋白和黏多糖,LPS促进酸性黏蛋白和黏多糖的表达。共培养细胞免疫荧光染色结果表明LPS在24h、36h、48 h时损坏紧密连接蛋白Occludin。q PCR和ELISA结果表明LPS在24h时可显著性增加(P<0.05)MUC2 m RNA和蛋白的表达。2.通过siRNA技术沉默Caco-2/HT-29共培养细胞中MUC2基因,荧光显微镜下观察到FAM荧光标记的阴性对照si RNA转染效率较高,q PCR检测转染后MUC2基因的表达较对照组极显著降低(P<0.01)。转录组测序结果表明,与LPS(-)相比,LPS(+)组有较少的差异基因数,富集到较少的GO功能注释和KEGG信号通路,而不论是LPS(+)+si RNA组组相比于LPS(-),还是LPS(+)+si RNA组相比于LPS(+)组,差异基因数、富集的GO功能注释和KEGG信号通路数都显著增加,表明在肠道黏液完整的情况下LPS几乎不对肠上皮产生影响,而当肠道黏蛋白的主要成分MUC2表达降低时,LPS对肠上皮的影响加重。3.通过对LPS(+)组和LPS(+)+siRNA组KEGG信号通路富集分析的数据挖掘,本试验发现在MUC2沉默的情况下,黏着斑和ECM受体相互作用信号通路差异显著,黏着斑通路共富集到38个差异基因和5个新基因,ECM-受体相互作用通路共富集到28个差异基因和1个新基因。通过q PCR对差异信号通路上的关键因子进行验证,结果与转录组测序一致。本试验还对LPS(+)组和LPS(+)+si RNA组细胞间连接因子Claudin-1、ZO-1、JAMA、Desmosome、Occludin、E-cadherin m RNA表达进行了检测,LPS(+)+si RNA组的Claudin-1、ZO-1、JAMA、Desmosome、Occludin、E-cadherin m RNA表达量均显著降低(P<0.05),表明在MUC2表达降低的情况下LPS对细胞间连接损伤增强,LPS破坏了紧密连接、黏附连接和桥粒。综上所述,LPS促近肠道杯状细胞分泌MUC2,使得肠道免受LPS的损伤。通过si RNA沉默肠道主要黏蛋白MUC2基因后,LPS引起了大量基因的表达差异,LPS对肠上皮的影响加重,其中黏着斑和ECM受体相互作用通路部分基因表达量显著降低。
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