笔记 | 印遇龙院士：猪肠道发育与营养调控应用的研究进展

会议现场

12月14日，由国际动物肠道生态与健康论坛联盟（IAIEH联盟）、国家生猪产业技术创新战略联盟主办的第七届“国际动物肠道生态与健康'中国’高端论坛”在珠海举行。

猪肠道发育与营养调控应用的研究进展

印遇龙院士
中科院亚热带生态农业研究所

一、肠道上皮细胞的定义与发育特点

1、定义：单层上皮细胞（细胞更新＜5天），包括吸收型细胞和分泌型细胞，具有营养消化吸收，屏障功能，免疫功能，生物节律等功能。

2、由空泡状胚胎型上皮细胞逐步分化为成熟上皮细胞，肠道上皮细胞发育隐窝底部干细胞严格的调控。

3、仔猪肠道上皮发育过程伴随消化吸收方式的变化：细胞内消化向细胞外消化转变。

4、抗氧化相关蛋白的表达水平沿绒毛顶端向隐窝下降：上皮细胞总抗氧化能力、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性沿绒毛顶端向隐窝上升；而丙二醛沿绒毛向隐窝下降。

5、黏膜细胞增殖分化从出生到21日龄逐渐升高，早期断奶后黏膜损伤在3-5天最为严重，随后逐步恢复。

6、断奶应激引起紧密连接蛋白表达下降；细胞连接蛋白表达与核阳性细胞率（细胞增殖）正相关。

二、肠道上皮细胞发育的研究方法

1、包括细胞培养；同位素标记、高通量组学；生化分析技术；分子生物学技术；生物信息学关联分析及免疫学流式细胞分选等方法。

2、其中，类器官是体外模拟肠道上皮结构和功能的最佳模型。

（1）与传统肠道模型相比，传统消化道模型存在根本性缺陷，无法满足猪精准营养需求研究。

（2）动物模型具有局限性：可操作性差、重复性低、菌群易感性高。

（3）细胞模型缺陷：肠道细胞系可用的不多；癌细胞系容易累计突变；缺乏异质性；无法重现隐窝-绒毛结构。

3、自2018年起，印院士团队根据猪器官与组织生理特征，独立自主研发了“猪类器官技术体系”

4、仔猪肠道类器官模拟肠道上皮发育模型

（1）未分化型类器官逐步发育成体类器官；

（2）干性细胞标志基因表达下降，上皮细胞标记基因表达上升；

（3）类器官可以补充和部分取代动物研究；

（4）类器官提供了一个界定明确、易于理解的研究模型；

三、影响上皮细胞发育功能的因素及调控手段

1、遗传因素

品种、转录因子CDX2等

2、营养因素

（1）矿物质-Fe

试验表明：缺铁显著抑制仔猪肠道上皮发育成熟；中/高浓度状态下结肠杯状细胞数量显著高于低铁状态；高浓度铁改变了仔猪肠道微生物，如降低了罗伊氏乳杆菌、增加了淀粉乳杆菌的含量；高浓度铁对仔猪生长性能无显著影响，但显著提高粪便粘稠度，增加仔猪腹泻率；高浓度铁增加了食糜、粪便、肠段组织以及肝脏与血清中铁的沉积，降低了血清中IgA和载脂蛋白A1的含量；有机铁相比无机铁显著上调铁调节基因DMT1，FPN，HIF-2α，Ferritin的表达。

（2）矿物质-CuSO4

（3）矿物质-羟基蛋氨酸锌：有效缓解镉导致的仔猪小肠上皮细胞凋亡和黏膜屏障损伤。

（4）氨基酸

氨基酸而非血糖是小肠黏膜的主要能量来源，日粮谷氨酰胺、天冬氨酸、谷氨酸被认为是小肠黏膜的主要能量来源。

（5）维生素A

（6）N-乙酰葡萄胺

（7）鞣花酸

调节肠道菌群：鞣花酸EA可调节氧化应激仔猪肠道微生物，重塑肠道微生物结构多样性。

改善肠黏膜屏障：改善断奶仔猪肠道黏膜屏障功能，提高紧密连接蛋白表达。

3、内源小分子代谢物

（1）胆汁酸

（2）普利醇

四、肠道上皮细胞损伤修复

1、应激-黏膜损伤

应激诱导黏膜细胞有效能量的供应不足，不能维持正常的更新及损伤修复，从而抑制仔猪生长潜力的完全发挥。

2、氧化损伤：

（1）H2O2

通过提高肠上皮细胞能量利用缓解应激诱导的黏膜能量供应不足。

（3）百草枯PQ

3、氧化损伤修复：自噬调节

（1）自噬是细胞维持稳态的一种重要机制；

（2）细胞自噬是细胞反应中氧化还原信号的一个主要传感器，在缓解机体氧化应激反应中发挥重要作用。

五、结语

1、肠道上皮细胞作为肠道免疫防御系统的第一道防线，在抵抗肠道病原菌感染过程中发挥了重要作用，营养感知信号与宿主防御功能在肠道上皮细胞中相互协调具有重要的生物学意义。

2、肠道是最重要的营养吸收和代谢场所，只有保证肠道的健康发育，才能保证畜牧产业的平稳可持续良性发展，为我国的助农富农推进乡村振兴添砖加瓦。

来源：大帝汉克