PHD2/HIF-1α信号途径在大负荷运动中对肠黏膜屏障功能的影响

论文摘要

研究目的:肠黏膜屏障是机体防止外界病原微生物入侵的第一道防线。运动过程中机体血液重分配,肠道血流量减少,引起局部氧分压下降。大负荷运动破坏肠黏膜免疫稳态,导致细菌易位,引起全身性炎症反应。低氧诱导因子（hypoxiainducedfactor,HIF）-1在氧分压变化引起的转录调控反应中起着关键作用。HIF-1由α亚基和β亚基构成。在常氧环境中,HIF-1的α亚基主要经脯氨酰羟化酶（prolyl hydroxylase,PHD）2羟化其脯氨酸残基进而降解。在低氧环境中,PHD2活性降低,HIF-1的α亚基不被降解,进入胞核,与HIF-1β结合,实现对炎症、代谢和血管新生等基因的转录调控功能。本研究推测,PHD2/HIF-1α信号途径参与大负荷运动损伤肠黏膜屏障功能,因此,运用Cre-LoxP系统构建Hif1a或Phd2肠上皮细胞特异性基因敲除小鼠模型,通过大负荷运动方式,探讨PHD2/HIF-1α信号途径在运动对肠黏膜屏障功能调控中的机制。研究方法:通过Vil-Cre、Hif1aflox/flox和Phd2flox/flox转基因小鼠,运用Cre-LoxP系统,构建Hif1a或Phd2肠上皮细胞特异性基因敲除小鼠模型,采用雄性6-8周龄的Hif1aVKO小鼠（n=6）及其对照Hif1aflox/flox小鼠（n=6）和Phd2VKO小鼠（n=6）及其对照Phd2flox/flox小鼠（n=6）,观察小鼠的整体和肠外观、肠黏膜形态结构。通过RT2Profiler PCR Array对肠上皮细胞特异性敲除Hif1a或Phd2基因小鼠肠组织的cDNA进行基因表达谱分析,涉及TLR信号途径、NLR信号途径、其他细菌模式识别受体、信号下游的抗菌反应、细胞凋亡、炎症反应、细胞因子和趋化因子和抗菌肽等信号途径和反应,包括肠黏膜固有免疫反应相关的84个关键基因。使用8-10周龄雄性肠上皮细胞特异性Hif1a或Phd2基因敲除小鼠,采用一次性大强度负重游泳（HE,n=12,小鼠负重自身体重的5%,游泳90分钟）和一次性长时间游泳（LE,n=12,小鼠在泳池中游泳3小时或至力竭）两种大负荷运动方式,通过阿利新蓝-过碘酸-雪夫（AB-PAS）染色,观察运动后肠组织形态结构和黏液层厚度;通过FITC-Dextran4000（FD-4）灌胃,测定小鼠血浆中FD-4的含量评价肠黏膜屏障通透性;通过血琼脂培养基培养肝脏、肾脏、脾脏和肠系膜淋巴结,计算组织的细菌数,评定肠道细菌易位情况,探索PHD2/HIF-1α信号途径在大负荷运动致肠黏膜屏障功能障碍中的作用。研究结果:肠上皮细胞特异性敲除Hif1a或Phd2基因后,小鼠肠上皮细胞形态完整,排列整齐,小肠绒毛与微绒毛结构无损伤,小肠绒毛长度正常,黏液层厚度均匀无缺失;肠黏膜下层无水肿,隐窝基底部无炎性细胞浸润,与其对照组无明显差异。表明肠上皮细胞特异性Hif1a或Phd2基因敲除小鼠Hif1aVKO及Phd2VKO肠道组织形态结构等表型与对照组Hif1aflox/flox及Phd2flox/flox小鼠相比无异常。肠上皮细胞特异性Hif1a或Phd2基因敲除引起细菌的识别以及固有免疫反应相关基因差异表达。Hif1aVKO小鼠与其对照品系Hif1aflox/flox小鼠相比,Bpi,Cxcl1,Tlr2,Tnf表达降低（P<0.05）,Irak3,Nlrp1a,Tirap表达升高（P<0.05）。Phd2VKO小鼠与其对照品系Phd2flox/flox小鼠相比,Birc3,Ccl5,Irf7,Jun,Lbp,Nfkbia,Ticam1和Tirap表达降低（P<0.05）,Camp和Ticam2表达升高（P<0.05）。大强度运动后,Hif1aVKO小鼠隐窝变腔隙增大,绒毛肿胀、排列松散,绒毛部分断裂,杯状细胞数目增加,黏液分泌增多,Phd2VKO小鼠隐窝和黏液层厚度无明显变化,绒毛排列整齐;长时间运动后,Hif1aVKO小鼠小肠绒毛有不同程度的变形、肿胀,黏液层增厚,Phd2VKO小鼠小肠绒毛尖端断裂,黏液分泌增多。在大强度和长时间运动后,Hif1aVKO小鼠和Hif1aflox/flox小鼠肠黏膜屏障通透性明显升高（P<0.05）,且Hif1aVKO小鼠肠黏膜屏障通透性升高的程度明显大于Hif1aflox/flox小鼠（P<0.05）,Phd2VKO小鼠和Phd2flox/flox小鼠肠黏膜屏障通透性明显升高（P<0.05）,Phd2VKO小鼠肠黏膜屏障通透性升高的程度明显小于Phd2flox/flox小鼠（P<0.05）。大负荷运动导致肠黏膜组织形态结构破坏,肠黏膜屏障通透性升高,并出现细菌易位。Hif1aVKO加重了这一现象,Phd2VKO对这一现象起到缓解作用。研究结论:肠上皮细胞特异性敲除Hif1a或Phd2基因引起肠黏膜免疫反应相关基因的差异表达。肠上皮细胞特异性敲除Hif1a或Phd2基因两种小鼠模型,作为研究Hif1a基因和Phd2基因在肠黏膜屏障功能中所扮演角色的有效工具,在整体、细胞和分子水平多层次,为深入探索PHD2/HIF-1α对肠黏膜屏障功能的作用机制提供了可用的技术手段。肠上皮细胞特异性Hif1a基因敲除加重肠黏膜屏障功能障碍,肠上皮细胞特异性Phd2基因敲除缓解肠黏膜屏障功能障碍,PHD2/HIF-1α信号途径主要参与调控大负荷运动导致的肠黏膜屏障功能障碍,包括肠道形态结构和肠黏膜屏障通透性变化。本研究利用肠上皮细胞特异性Hif1a或Phd2基因敲除小鼠模型,探索大负荷运动对肠黏膜屏障功能的调控机制,探索PHD2/HIF-1α信号途径保护肠黏膜屏障的应用价值,为肠黏膜屏障损伤的防治提供新思路。

论文目录

文章来源

类型: 国内会议

作者: 吴嵽,曹伟,黄晓倩,向导,罗贝贝,陈佩杰

关键词: 肠黏膜屏障,大强度运动,长时间运动

来源: 第十一届全国体育科学大会 2019-11-01

年度: 2019

分类: 基础科学,社会科学Ⅱ辑

专业: 生物学,体育

单位: 上海体育学院中国人民解放军海军特色医学中心

分类号: G804.2

DOI: 10.26914/c.cnkihy.2019.032463

页码: 7643-7645

总页数: 3

文件大小: 1649k

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