TGF-β信號(hào)通路及其在雞腸道損傷中的作用

鞏 丹，張 磊，邱富娜，狄元冉

（河南省獸藥飼料監(jiān)察所，河南 鄭州 450008）

TGF-β信號(hào)通路及其在雞腸道損傷中的作用

鞏 丹，張 磊，邱富娜，狄元冉

（河南省獸藥飼料監(jiān)察所，河南 鄭州 450008）

腸道作為機(jī)體與外界相通的器官，起到一個(gè)重要的屏障功能。養(yǎng)禽業(yè)中常見的腸道疾病會(huì)對(duì)雞腸道黏膜造成損傷。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（TGF-β）及其信號(hào)通路在腸道損傷的產(chǎn)生、發(fā)展中起到重要作用。研究TGF-β亞型及其信號(hào)通路的組成，TGF-β在腸道上皮細(xì)胞的分布及其在腸道損傷中的作用，更好地預(yù)防和治愈腸道疾病。

雞；腸道疾病；轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子

腸道作為一個(gè)機(jī)體與外界相通的器官。不僅是體內(nèi)重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化、吸收、免疫和內(nèi)分泌器官，還可以阻止腸腔內(nèi)的毒素、細(xì)菌、抗?fàn)I養(yǎng)因子等有害物質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)對(duì)機(jī)體造成損傷，起到一個(gè)重要的屏障功能。在現(xiàn)代畜禽養(yǎng)殖中，很多疾病可以導(dǎo)致腸道損傷，而作為一個(gè)高代謝組織，腸道損傷的修復(fù)過程也是十分復(fù)雜，研究其修復(fù)機(jī)理越來越重要。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（TGF-β）是一種具有能夠提高黏膜修復(fù)能力的必要上皮生長(zhǎng)因子，在機(jī)體損傷后能促進(jìn)上皮黏膜修復(fù)。有研究表明TGF-β/Smad信號(hào)通路在腸道疾病的產(chǎn)生、發(fā)展中也起到重要的調(diào)控作用。本文旨在對(duì)常見雞腸道疾病及其對(duì)腸道的危害，以及TGF-β/Smad信號(hào)通路在腸黏膜損傷中的作用做簡(jiǎn)單綜述，并簡(jiǎn)單介紹TGF-β在雞腸道疾病中表達(dá)的相關(guān)研究，以促進(jìn)對(duì)其的進(jìn)一步研究。

1 常見雞腸道疾病及對(duì)腸道的危害

在現(xiàn)代集約化養(yǎng)雞模式下，雞的飼養(yǎng)方式，日糧，傳染源以及飼料毒素是引發(fā)雞腸道疾病的幾個(gè)常見因素。飼養(yǎng)方式不當(dāng)常引發(fā)各種應(yīng)激反應(yīng)，對(duì)腸黏膜結(jié)構(gòu)造成破壞。在家禽生產(chǎn)業(yè)中經(jīng)常發(fā)生的熱應(yīng)激，是由飼養(yǎng)環(huán)境溫度過高引起的，對(duì)家禽的健康、生產(chǎn)性能及腸黏膜結(jié)構(gòu)有很大的負(fù)面影響。蔡超等［1］對(duì)相關(guān)研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)，認(rèn)為其對(duì)畜禽腸黏膜的損傷機(jī)制可從兩方面來看，第一，熱應(yīng)激時(shí)的能量和蛋白質(zhì)供應(yīng)減少，使黏膜上皮細(xì)胞受損且更新速度降低；第二，熱應(yīng)激加速了動(dòng)物腸上皮細(xì)胞的凋亡。日糧引發(fā)的腸道疾病，多是由于日糧中所含的非淀粉多糖（NSP）增加了食糜的黏性，延長(zhǎng)了食糜在腸道中的停留時(shí)間，同時(shí)給厭氧細(xì)菌等微生物的增殖和腸毒素的產(chǎn)生提供了條件；另一方面，日糧的粉碎粒度對(duì)腸道的生長(zhǎng)形態(tài)和生理特性也有影響，與顆粒料和破碎料相比，過度粉碎的飼料明顯增加了家禽與壞死性腸炎的相關(guān)的死亡率［2］。寄生蟲感染、細(xì)菌感染和病毒感染是家禽腸道疾病中常見的3個(gè)感染源，比較有代表性的球蟲病、壞死性腸炎、沙門氏菌病和新城疫等分別是由以上不同的感染源導(dǎo)致。值得注意的是，由單一感染源引發(fā)的腸道疾病往往促使其他感染源引發(fā)的新的腸道疾病的產(chǎn)生。比如，辜新貴［3］發(fā)現(xiàn)球蟲病是壞死性腸炎發(fā)病的主要誘因之一，因?yàn)榍蛳x的寄生可以造成雞體腸黏膜損傷，破壞雞腸道屏障作用，為產(chǎn)氣莢膜梭菌的入侵打開了門戶，進(jìn)而導(dǎo)致壞死性腸炎發(fā)病。又如，霉菌毒素是常見的飼料毒素。霉菌毒素如T-2毒素可損傷腸黏膜、破壞腸絨毛和影響隱窩上皮細(xì)胞的分化。楊俊花等［4］對(duì)小鼠灌胃一定劑量T-2毒素后發(fā)現(xiàn)，小鼠十二指腸、空腸、回腸都呈現(xiàn)腸絨毛減少、脫落、絨毛長(zhǎng)度降低、腸隱窩深度增加、絨毛長(zhǎng)度/隱窩深度的比值減小。

2 TGF-β亞型及其信號(hào)通路簡(jiǎn)介

TGF-β是一類功能復(fù)雜的多肽類細(xì)胞因子，最早是由Delarco和Todar在1978年發(fā)現(xiàn)的，是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子超家族的一員。目前已經(jīng)知道的TGF-β亞型中，TGF-β1、2、3均在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)。研究人員在雞細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的TGF-β4亞型，被認(rèn)為是TGF-β1的同源基因。研究者發(fā)現(xiàn)TGF-βs蛋白的分子結(jié)構(gòu)上具有較高的同源性，大約有64～82%的氨基酸同源，在它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)C末端都有9個(gè)保守的Cys，表明它們可能來自一個(gè)共同的祖先［5］。TGF-βs都通過TGF-β/Smad信號(hào)通路對(duì)靶細(xì)胞進(jìn)行調(diào)控。TGF-β/Smad信號(hào)通路的組成包括TGF-βs，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β受體（TβR）和Smads蛋白三大部分。TβRI、TβRII和TβRIII是被研究的比較清楚的3個(gè)TGF-β受體。TβR I和TβR II分別是具有絲氨酸/蘇氨酸激酶活性的I型和II型跨膜受體。在TβRI的C端有一個(gè)楔形的保守的Gs結(jié)構(gòu)域（Ser-Gly-Ser-Gly-Ser-Gly），是接受TβRII磷酸化激活的部位，使其具有傳遞信號(hào)的作用。TβRIII沒有信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)，但它可以促進(jìn)TGF-β對(duì)TβRII的結(jié)合。研究者按Smads蛋白在TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)中的作用，將它們分為3種類型：受體調(diào)節(jié)型（R-Smads：Smad1、Smad2、Smad3、Smad5和Smad8），共同通路型（Co-Smads：Smad4），抑制型（I-Smads：Smad6和Smad7）。但并非以上所有的Smads蛋白都參與了TGF-β/Smads信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，Smad 1、5、6、8參與了轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子超家族另一成員骨形成蛋白（BMP）的信號(hào)傳導(dǎo)。TGF-β/Smads信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中，TGF-β先與TβRⅡ相互作用，使兩個(gè)TβRⅡ和兩個(gè)TβRⅠ組合成一個(gè)四聚體受體復(fù)合物。在TβRⅡ與TβRⅠ結(jié)合后，TβRⅠ激酶活性被激活。TβRⅠ激酶活性被激活之后，可以招募R-Smads與受體復(fù)合物結(jié)合。R-Smads在C端含有一個(gè)特征性的SXS基序，活性TβRⅠ使其N端與C端展開，從受體復(fù)合物上解離，然后與Smad4結(jié)合形成異源二聚體，共同轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核內(nèi)，誘導(dǎo)核內(nèi)靶基因的表達(dá)。

3 TGF-β在腸道上皮細(xì)胞的分布及其在腸道損傷中的作用

3.1 TGF-β在腸道上皮細(xì)胞的分布

有關(guān)試驗(yàn)在小鼠空腸和結(jié)腸的組織勻漿里檢測(cè)到了TGF-β1、2、3的mRNA的表達(dá)，說明這3種亞型共同定位于這些組織中；通過免疫組化染色發(fā)現(xiàn)TGF-β的表達(dá)在腸絨毛頂部細(xì)胞中最顯著，而在隱窩細(xì)胞中極低。彭瑞云［6］使用免疫組化染色檢測(cè)TGF-β3在正常小鼠的小腸和大腸的表達(dá)時(shí)，也發(fā)現(xiàn)其在腸絨毛上皮細(xì)胞漿內(nèi)的表達(dá)呈強(qiáng)陽性，尤以頂層為顯著，隱窩細(xì)胞呈弱陽性表達(dá)。腸絨毛頂部的細(xì)胞多為終末分化的腸上皮細(xì)胞、內(nèi)分泌細(xì)胞、杯狀細(xì)胞等細(xì)胞，這些細(xì)胞是由腸隱窩中含有的未分化細(xì)胞不斷分裂、分化而成。TGF-β在未分化和低分化細(xì)胞中的表達(dá)遠(yuǎn)不及處于終末分化期的細(xì)胞，可能與TGF-β可以對(duì)細(xì)胞分化的抑制作用有關(guān)。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)TGF-β的不同亞型在不同類型的腸黏膜上皮細(xì)胞的表各不相同達(dá)不同。他發(fā)現(xiàn)小鼠腸道中的TGF-β2亞型主要表達(dá)在腸內(nèi)分泌細(xì)胞，而TGF-β3亞型則大多表達(dá)在杯狀細(xì)胞中；而且，通過Western blot分析表明，TGF-β2在腸內(nèi)分泌細(xì)胞更豐富的小腸中表達(dá)水平更高，TGF-β3則在主要細(xì)胞類型是杯狀細(xì)胞的結(jié)腸中表達(dá)水平突出，印證了上述發(fā)現(xiàn)。綜上，我們可以得知，TGF-β在腸道上皮細(xì)胞-的表達(dá)集中在腸絨毛頂部的終末分化細(xì)胞，且TGF-β的不同亞型在不同類型的腸黏膜上皮細(xì)胞的表達(dá)有特異性，造成了其在腸道不同部位的特異性表達(dá)。

3.2 TGF-β在腸道損傷中的作用

TGF-β與腸道損傷關(guān)系密切，可以通過以下幾種方式對(duì)機(jī)體腸道損傷產(chǎn)生影響。第一，TGF-β可以上調(diào)腸上皮細(xì)胞的緊密連接蛋白的表達(dá)，對(duì)胃腸粘膜的完整性和傷口修復(fù)產(chǎn)生有利影響。有關(guān)專家發(fā)現(xiàn)在體外人結(jié)腸癌細(xì)胞株（T84）培養(yǎng)液中添加外源性TGF-β1，可以上調(diào)上皮細(xì)胞緊密連接蛋白表達(dá)，維護(hù)跨膜電位平衡，起到加固腸黏膜屏障的作用，進(jìn)而阻斷大腸桿菌引起的腸黏膜炎癥及通透性增加。在體外培養(yǎng)的人結(jié)腸癌細(xì)胞株（HT-29/B6）細(xì)胞單層中，添加抗TGF-β抗體能夠阻斷濃縮乳清蛋白1（WPC1）誘導(dǎo)的緊密連接蛋白claudin-4的上升的效果，研究者認(rèn)為TGF-β 1可以通過Smad 4依賴性和非依賴性的轉(zhuǎn)錄調(diào)控影響claudin-4基因的表達(dá)，從而達(dá)到屏障保護(hù)的目的。第二，TGF-β在腸道損傷引起的炎癥發(fā)展中扮演重要角色，腸道中的TGF-β表達(dá)往往在炎癥期間出現(xiàn)顯著變化。劉一［7］報(bào)道，通過灌胃O127型大腸桿菌建立腸炎性小鼠模型后，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組小鼠結(jié)腸組織中的TGF-β1相對(duì)表達(dá)量出現(xiàn)明顯上升，并將其作為模型建立成功與否的測(cè)定指標(biāo)。TGF-β可以調(diào)節(jié)腸道免疫細(xì)胞的增殖、分化，影響其免疫應(yīng)答。研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1可以通過抑制Th1、Th2細(xì)胞的分化，以及中止T細(xì)胞中TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)，來引起自發(fā)性無控制的Th1、Th2細(xì)胞的的分化，Th1/ Th2失衡會(huì)導(dǎo)致炎癥的產(chǎn)生。TGF-β還可以調(diào)節(jié)IFN-γ、IL-1β、TLR4等炎癥因子的信號(hào)傳導(dǎo)，從而影響腸道炎癥的發(fā)展。TGF-β可以促進(jìn)炎癥發(fā)展，也可以抑制炎癥發(fā)展，往往取決于其劑量、細(xì)胞周期及細(xì)胞類型這些因素。有研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β在低濃度時(shí)是促炎因子，而在高濃度時(shí)則表現(xiàn)出抑制炎癥的作用。第三，TGF-β可以上調(diào)腸黏膜細(xì)胞中的抗凋亡蛋白的表達(dá)，抑制腸黏膜細(xì)胞的凋亡，從而維護(hù)腸黏膜的完整性。有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果顯示，TGF-β2（+/-）和TGF-β3（+/-）雜合子小鼠的腸黏膜細(xì)胞的程序性死亡顯著降低，而且伴隨著腸絨毛長(zhǎng)度的增加，和體內(nèi)B淋巴細(xì)胞瘤-xL基因（Bcl-xL）和B淋巴細(xì)胞瘤-2基因（Bcl-2）含量的上調(diào)，這兩種基因均可抑制細(xì)胞凋亡。這說明TGF-β通過上調(diào)體內(nèi)抗凋亡蛋白Bcl-xL和Bcl-2含量來抑制腸黏膜上的細(xì)胞凋亡。

4 TGF-β在雞腸道損傷中的相關(guān)研究

TGF-β及其信號(hào)通路對(duì)維護(hù)肉仔雞腸道健康具有重要作用，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)TGF-β在雞因疾病引起的受損腸道中會(huì)出現(xiàn)異常表達(dá)，影響腸道的炎癥反應(yīng)、免疫應(yīng)答和修復(fù)。冷應(yīng)激可以誘導(dǎo)雞十二指腸的損傷，在急性和慢性冷應(yīng)激條件下，肉仔雞十二指腸中TGF-β4的表達(dá)出現(xiàn)了先升后降的趨勢(shì)，同一時(shí)期的促炎因子IL-2和IFN-γ的基因表達(dá)也出現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)。這表明TGF-β在冷應(yīng)激的初期表現(xiàn)出了促炎的作用，與其他促炎因子的表達(dá)一起上升，在冷應(yīng)激的后期，則因?yàn)檠装Y癥狀的緩解，其表達(dá)開始下降。有關(guān)專家研究采食了被嘔吐毒素污染的飼料的肉仔雞，發(fā)現(xiàn)肉仔雞腸道的固有免疫應(yīng)答受到毒素影響，并導(dǎo)致其抗病力的減弱，他認(rèn)為腸道中TβRⅠ基因表達(dá)的顯著下降與此有關(guān)。TGF-β在調(diào)節(jié)T細(xì)胞依賴的應(yīng)答機(jī)制中，可以通過與IL-12產(chǎn)生頡頏來抑制IFN-γ的產(chǎn)生。而IFN-γ在抗雞球蟲保護(hù)性免疫中起到重要作用。使用堆型艾美耳球蟲二次感染4～5周齡大的雛雞，兩次感染之間經(jīng)過14 d，發(fā)現(xiàn)二次感染后雛雞腸上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞中TGF-β4的表達(dá)水平升高5～8倍，而這些細(xì)胞中TGF-β2和TGF-β3的表達(dá)保持恒定。球蟲感染后，肉仔雞脾臟和盲腸扁桃體TGF-β4的表達(dá)量增加了3倍。TGF-β4的大量表達(dá)抑制了IFN-γ的表達(dá)，從而使雞球蟲病對(duì)腸道的損傷進(jìn)一步惡化。以上這些研究都證明TGF-βs及其信號(hào)通路的異常在雞腸道健康息息相關(guān)，TGF-βs的異常表達(dá)影響了雞受損腸道的炎癥因子的表達(dá)、免疫應(yīng)答和修復(fù)等。

5 展望

目前腸道損傷對(duì)養(yǎng)雞業(yè)產(chǎn)生的影響已越來越受到相關(guān)人員的重視，對(duì)相關(guān)細(xì)胞因子在雞腸道損傷中的作用機(jī)制的研究也不斷展開。TGF-β作為重要的細(xì)胞因子之一，它的不正常表達(dá)往往會(huì)導(dǎo)致家禽腸道疾病產(chǎn)生和發(fā)展。不斷深入探究其在畜禽腸道黏膜屏障損傷的作用機(jī)制，從細(xì)胞和分子水平上系統(tǒng)全面闡明TGF-β與腸道損傷間的相互作用機(jī)制對(duì)預(yù)防和治愈腸道疾病是很必要的。

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1004-5090（2016）12-0007-02

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