低聚半乳糖对牛肠道上皮细胞屏障功能的影响

摘要

新生犊牛腹泻是犊牛常出现的消化系统疾病，而低聚半乳糖(galactooligosaccharides, GOS)被认为具有维持肠道菌群稳态，防治腹泻的功效，然而其对肠道上皮屏障功能和炎症反应的直接作用尚不清楚。研究旨在确定GOS对脂多糖(lpopolysaccharide, LPS)诱导的牛肠道上皮细胞(bovine small intestinal epithelial cell, BIEC)屏障功能和炎症反应的影响。首先，使用LPS刺激对BIECs-21细胞系进行体外屏障破坏和炎症造模，通过测定不同时间梯度和质量浓度梯度下LPS对细胞活力的影响，发现24 h和10 mg/L质量浓度下LPS处理后细胞活力显著降低(P<0.05),确定LPS的最适处理时间和质量浓度分别为24 h和10 mg/L。通过测定不同时间梯度GOS对细胞活力的影响，发现低质量浓度GOS能够缓解LPS引起的细胞活力显著降低(P<0.05),确定GOS的最适处理时间为24 h。为了检测GOS对屏障功能损伤的影响，测定了BIECs-21单层细胞模型跨膜电阻(TEER)值和4 kDa FITC-Dextran(FITC-D4)通透性。结果显示，与对照组(CON)对比，LPS处理组的TEER值显著降低(P<0.05),FITC-D4通透性显著升高(P<0.05);与模型组相比，GOS+LPS组的TEER值显著升高(P<0.05),FITC-D4通透性显著降低(P<0.05),表明GOS可缓解LPS对BIEC屏障功能的损伤，同时依据24 h下不同质量浓度GOS+LPS的细胞活力确定最佳的GOS处理质量浓度为1 g/L。使用蛋白质印迹(Western blot)和实时荧光定量PCR(qPCR)法分别检测细胞中紧密连接蛋白(ZO-1、Occludin和Claudin)的蛋白表达量和mRNA表达量。结果显示，与CON组对比，LPS处理组紧密连接蛋白的蛋白表达量和mRNA表达量均显著降低(P<0.05);与模型组相比，GOS+LPS组紧密连接蛋白的蛋白表达量和mRNA表达量均显著升高(P<0.05),共同表明GOS可减轻LPS对BIEC屏障功能的损伤。为了检测GOS对炎症反应的影响，使用荧光定量PCR和ELISA法分别检测促炎因子(TNF-α、IL-1β和IL-6)的mRNA表达量和上清质量浓度。结果显示，与CON组相比，LPS组促炎因子的mRNA表达量和上清质量浓度显著降低(P<0.05);与模型组相比，GOS+LPS组促炎因子的mRNA表达量和上清质量浓度显著升高(P<0.05),表明GOS可抑制LPS诱导的促炎因子释放。综上所述，GOS可以缓解LPS刺激诱导的牛肠道上皮细胞屏障功能损伤并抑制炎症反应，为犊牛配方奶粉和饲料的设计提供了新思路。

关键词

低聚半乳糖 / 脂多糖 / 牛肠道上皮细胞 / 肠道屏障功能 / 炎性损伤