谷氨酰胺修复牦牛瘤胃上皮细胞屏障损伤的关键机制揭秘

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【字体：大中小】 时间：2025年02月26日 来源：BMC Genomics 3.5

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　　为探究组胺对牦牛瘤胃上皮细胞（YRECs）屏障的影响及谷氨酰胺（Gln）的修复机制，四川农业大学研究人员开展研究，发现 Gln 可通过 p38 MAPK 信号通路和调节细胞凋亡减轻组胺诱导的 YRECs 屏障损伤，为缓解牦牛亚急性瘤胃酸中毒提供理论依据。

　　在广袤的青藏高原，牦牛作为当地特有的家畜，其肉、奶制品是高原居民重要的食物来源。随着市场需求的增长，牦牛养殖逐渐向大规模、集中化转变，高浓缩饲料的大量使用成为提高生产性能的常用手段。然而，这却引发了一系列问题，其中亚急性瘤胃酸中毒（SARA）尤为突出。SARA 就像一个隐藏在暗处的 “健康杀手”，会使瘤胃 pH 值降低，导致微生物死亡、内毒素释放，进而增加瘤胃上皮的通透性，让有害物质趁机进入血液，引发各种病理反应，严重威胁牦牛的健康和养殖效益。

瘤胃上皮在营养吸收和阻止有害物质进入血液方面起着至关重要的作用，维持其完整性对牦牛健康意义重大。组胺作为 SARA 发生时瘤胃内增加的有害物质之一，以往研究虽表明它会破坏瘤胃屏障，但具体如何影响瘤胃上皮细胞屏障功能，在细胞层面的研究还不够深入。而谷氨酰胺（Gln）作为一种在胃肠道修复中表现出色的物质，它能否修复组胺造成的损伤，以及其中的机制是什么，都有待解答。基于此，四川农业大学的研究人员决心揭开这些谜团，开展了一项意义重大的研究。

该研究成果发表在BMC Genomics期刊上。研究人员通过一系列实验，得出了令人瞩目的结论：谷氨酰胺能够通过调节 p38 丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路和细胞凋亡，有效减轻组胺诱导的牦牛瘤胃上皮细胞屏障损伤。这一发现为缓解牦牛因集约化养殖引发的亚急性瘤胃酸中毒问题提供了重要的理论依据，有望在实际养殖中通过营养干预的方式，保障牦牛健康，提升养殖效益。

在研究方法上，研究人员主要运用了以下关键技术：首先是细胞培养技术，他们使用体外培养的牦牛瘤胃上皮细胞（YRECs），并设置不同处理组，如对照组（CON）、组胺处理组（HIS）、组胺加谷氨酰胺处理组（HG）等；其次是分子生物学技术，通过 RNA 提取、定量实时荧光定量聚合酶链式反应（RT-qPCR）、蛋白质免疫印迹法（Western blot）来检测相关基因和蛋白的表达水平；此外，还利用转录组测序（RNA-Seq）技术分析不同处理组的基因表达差异，以及采用流式细胞术检测细胞凋亡情况。

下面来看具体的研究结果：

组胺和谷氨酰胺对 YRECs 的影响：通过 RT-qPCR 检测发现，20 μM 组胺处理 24 小时后，YRECs 中紧密连接蛋白（Claudin-1、Claudin-4、ZO-1、JAM-A）的 mRNA 水平显著降低，这表明组胺会破坏瘤胃上皮细胞的紧密连接。在探究谷氨酰胺对 YRECs 的影响时，研究人员发现，添加不同浓度谷氨酰胺处理 12 小时后，细胞活力先升后降，在 8 mM 谷氨酰胺时达到最高，且该浓度下细胞增殖能力也显著增强，因此后续实验选择 8 mM 谷氨酰胺处理 12 小时为修复条件。
不同组紧密连接蛋白的表达：研究结果显示，与对照组相比，组胺处理组的 Claudin-1、Claudin-4、ZO-1、JAM-A 的 mRNA 水平下降，而 HG 组这些蛋白的 mRNA 和蛋白表达水平均显著高于 HIS 组，部分还高于对照组，不过 Occludin 蛋白表达在各处理组间无显著差异，这说明谷氨酰胺能有效提升紧密连接蛋白的表达，修复细胞屏障。
ZO-1 的表达和分布：免疫荧光分析表明，组胺处理使 ZO-1 蛋白丰度降低，在细胞膜和膜周区域的分布减少，而谷氨酰胺处理则能恢复 ZO-1 的表达和膜分布，减轻组胺造成的细胞损伤。
RNA 测序及功能分析：RNA 测序数据经分析后，通过小提琴图、主成分分析（PCA）、相关性分析等验证了样本的可靠性。火山图和维恩图分析找出了不同处理组间的差异表达基因（DEGs），功能富集分析发现这些基因主要富集在 MAPK 信号通路和细胞凋亡等通路。进一步对凋亡相关基因分析，发现组胺处理使促凋亡基因表达增加、抗凋亡基因表达减少，细胞凋亡率上升，而谷氨酰胺处理则呈现相反趋势。同时，Western blot 分析显示，组胺处理使 p-p38/p38 比值升高，谷氨酰胺处理则使其降低，这表明谷氨酰胺可能通过调节 p38 MAPK 信号通路和细胞凋亡来修复细胞屏障。
谷氨酰胺对 p38 MAPK 通路的影响：添加 p38 MAPK 激动剂 Skatole 形成 SK 组后发现，与 HG 组相比，SK 组 p-p38/p38 比值显著升高，紧密连接蛋白（JAM-A、ZO-1、Claudin-1、Claudin-4）的 mRNA 和蛋白表达水平显著降低，进一步证实谷氨酰胺通过调节 p38 MAPK 通路来影响细胞屏障功能。

在研究结论和讨论部分，研究表明组胺会损害牦牛瘤胃上皮细胞的屏障功能，而谷氨酰胺则展现出强大的修复能力。不过，研究也存在一些局限性，如缺少谷氨酰胺单独处理组和 p38 MAPK 抑制剂组，且细胞模型不能完全模拟体内环境。未来研究可在动物模型中进一步验证，并深入探索其他潜在通路以及不同谷氨酰胺浓度和时间点的影响。但即便存在这些不足，该研究仍为解决牦牛养殖中亚急性瘤胃酸中毒问题提供了新的思路和理论基础，为通过营养干预改善牦牛健康状况指明了方向，在牦牛养殖产业中具有重要的应用价值和研究意义。

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