TGF-β信号通路及其在鸡肠道损伤中的作用

巩 丹，张 磊，邱富娜，狄元冉

（河南省兽药饲料监察所，河南 郑州 450008）

TGF-β信号通路及其在鸡肠道损伤中的作用

巩 丹，张 磊，邱富娜，狄元冉

（河南省兽药饲料监察所，河南 郑州 450008）

肠道作为机体与外界相通的器官，起到一个重要的屏障功能。养禽业中常见的肠道疾病会对鸡肠道黏膜造成损伤。转化生长因子β（TGF-β）及其信号通路在肠道损伤的产生、发展中起到重要作用。研究TGF-β亚型及其信号通路的组成，TGF-β在肠道上皮细胞的分布及其在肠道损伤中的作用，更好地预防和治愈肠道疾病。

鸡；肠道疾病；转化生长因子

肠道作为一个机体与外界相通的器官。不仅是体内重要的营养物质消化、吸收、免疫和内分泌器官，还可以阻止肠腔内的毒素、细菌、抗营养因子等有害物质进入体内对机体造成损伤，起到一个重要的屏障功能。在现代畜禽养殖中，很多疾病可以导致肠道损伤，而作为一个高代谢组织，肠道损伤的修复过程也是十分复杂，研究其修复机理越来越重要。转化生长因子β（TGF-β）是一种具有能够提高黏膜修复能力的必要上皮生长因子，在机体损伤后能促进上皮黏膜修复。有研究表明TGF-β/Smad信号通路在肠道疾病的产生、发展中也起到重要的调控作用。本文旨在对常见鸡肠道疾病及其对肠道的危害，以及TGF-β/Smad信号通路在肠黏膜损伤中的作用做简单综述，并简单介绍TGF-β在鸡肠道疾病中表达的相关研究，以促进对其的进一步研究。

1 常见鸡肠道疾病及对肠道的危害

在现代集约化养鸡模式下，鸡的饲养方式，日粮，传染源以及饲料毒素是引发鸡肠道疾病的几个常见因素。饲养方式不当常引发各种应激反应，对肠黏膜结构造成破坏。在家禽生产业中经常发生的热应激，是由饲养环境温度过高引起的，对家禽的健康、生产性能及肠黏膜结构有很大的负面影响。蔡超等［1］对相关研究总结发现，认为其对畜禽肠黏膜的损伤机制可从两方面来看，第一，热应激时的能量和蛋白质供应减少，使黏膜上皮细胞受损且更新速度降低；第二，热应激加速了动物肠上皮细胞的凋亡。日粮引发的肠道疾病，多是由于日粮中所含的非淀粉多糖（NSP）增加了食糜的黏性，延长了食糜在肠道中的停留时间，同时给厌氧细菌等微生物的增殖和肠毒素的产生提供了条件；另一方面，日粮的粉碎粒度对肠道的生长形态和生理特性也有影响，与颗粒料和破碎料相比，过度粉碎的饲料明显增加了家禽与坏死性肠炎的相关的死亡率［2］。寄生虫感染、细菌感染和病毒感染是家禽肠道疾病中常见的3个感染源，比较有代表性的球虫病、坏死性肠炎、沙门氏菌病和新城疫等分别是由以上不同的感染源导致。值得注意的是，由单一感染源引发的肠道疾病往往促使其他感染源引发的新的肠道疾病的产生。比如，辜新贵［3］发现球虫病是坏死性肠炎发病的主要诱因之一，因为球虫的寄生可以造成鸡体肠黏膜损伤，破坏鸡肠道屏障作用，为产气荚膜梭菌的入侵打开了门户，进而导致坏死性肠炎发病。又如，霉菌毒素是常见的饲料毒素。霉菌毒素如T-2毒素可损伤肠黏膜、破坏肠绒毛和影响隐窝上皮细胞的分化。杨俊花等［4］对小鼠灌胃一定剂量T-2毒素后发现，小鼠十二指肠、空肠、回肠都呈现肠绒毛减少、脱落、绒毛长度降低、肠隐窝深度增加、绒毛长度/隐窝深度的比值减小。

2 TGF-β亚型及其信号通路简介

TGF-β是一类功能复杂的多肽类细胞因子，最早是由Delarco和Todar在1978年发现的，是转化生长因子超家族的一员。目前已经知道的TGF-β亚型中，TGF-β1、2、3均在哺乳动物细胞中被发现。研究人员在鸡细胞中发现的TGF-β4亚型，被认为是TGF-β1的同源基因。研究者发现TGF-βs蛋白的分子结构上具有较高的同源性，大约有64～82%的氨基酸同源，在它们的一级结构C末端都有9个保守的Cys，表明它们可能来自一个共同的祖先［5］。TGF-βs都通过TGF-β/Smad信号通路对靶细胞进行调控。TGF-β/Smad信号通路的组成包括TGF-βs，转化生长因子β受体（TβR）和Smads蛋白三大部分。TβRI、TβRII和TβRIII是被研究的比较清楚的3个TGF-β受体。TβR I和TβR II分别是具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性的I型和II型跨膜受体。在TβRI的C端有一个楔形的保守的Gs结构域（Ser-Gly-Ser-Gly-Ser-Gly），是接受TβRII磷酸化激活的部位，使其具有传递信号的作用。TβRIII没有信号转导结构，但它可以促进TGF-β对TβRII的结合。研究者按Smads蛋白在TGF-β信号传导中的作用，将它们分为3种类型：受体调节型（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蛋白都参与了TGF-β/Smads信号转导，Smad 1、5、6、8参与了转化生长因子超家族另一成员骨形成蛋白（BMP）的信号传导。TGF-β/Smads信号转导途径中，TGF-β先与TβRⅡ相互作用，使两个TβRⅡ和两个TβRⅠ组合成一个四聚体受体复合物。在TβRⅡ与TβRⅠ结合后，TβRⅠ激酶活性被激活。TβRⅠ激酶活性被激活之后，可以招募R-Smads与受体复合物结合。R-Smads在C端含有一个特征性的SXS基序，活性TβRⅠ使其N端与C端展开，从受体复合物上解离，然后与Smad4结合形成异源二聚体，共同转运至细胞核内，诱导核内靶基因的表达。

3 TGF-β在肠道上皮细胞的分布及其在肠道损伤中的作用

3.1 TGF-β在肠道上皮细胞的分布

有关试验在小鼠空肠和结肠的组织匀浆里检测到了TGF-β1、2、3的mRNA的表达，说明这3种亚型共同定位于这些组织中；通过免疫组化染色发现TGF-β的表达在肠绒毛顶部细胞中最显著，而在隐窝细胞中极低。彭瑞云［6］使用免疫组化染色检测TGF-β3在正常小鼠的小肠和大肠的表达时，也发现其在肠绒毛上皮细胞浆内的表达呈强阳性，尤以顶层为显著，隐窝细胞呈弱阳性表达。肠绒毛顶部的细胞多为终末分化的肠上皮细胞、内分泌细胞、杯状细胞等细胞，这些细胞是由肠隐窝中含有的未分化细胞不断分裂、分化而成。TGF-β在未分化和低分化细胞中的表达远不及处于终末分化期的细胞，可能与TGF-β可以对细胞分化的抑制作用有关。有关研究发现TGF-β的不同亚型在不同类型的肠黏膜上皮细胞的表各不相同达不同。他发现小鼠肠道中的TGF-β2亚型主要表达在肠内分泌细胞，而TGF-β3亚型则大多表达在杯状细胞中；而且，通过Western blot分析表明，TGF-β2在肠内分泌细胞更丰富的小肠中表达水平更高，TGF-β3则在主要细胞类型是杯状细胞的结肠中表达水平突出，印证了上述发现。综上，我们可以得知，TGF-β在肠道上皮细胞-的表达集中在肠绒毛顶部的终末分化细胞，且TGF-β的不同亚型在不同类型的肠黏膜上皮细胞的表达有特异性，造成了其在肠道不同部位的特异性表达。

3.2 TGF-β在肠道损伤中的作用

TGF-β与肠道损伤关系密切，可以通过以下几种方式对机体肠道损伤产生影响。第一，TGF-β可以上调肠上皮细胞的紧密连接蛋白的表达，对胃肠粘膜的完整性和伤口修复产生有利影响。有关专家发现在体外人结肠癌细胞株（T84）培养液中添加外源性TGF-β1，可以上调上皮细胞紧密连接蛋白表达，维护跨膜电位平衡，起到加固肠黏膜屏障的作用，进而阻断大肠杆菌引起的肠黏膜炎症及通透性增加。在体外培养的人结肠癌细胞株（HT-29/B6）细胞单层中，添加抗TGF-β抗体能够阻断浓缩乳清蛋白1（WPC1）诱导的紧密连接蛋白claudin-4的上升的效果，研究者认为TGF-β 1可以通过Smad 4依赖性和非依赖性的转录调控影响claudin-4基因的表达，从而达到屏障保护的目的。第二，TGF-β在肠道损伤引起的炎症发展中扮演重要角色，肠道中的TGF-β表达往往在炎症期间出现显著变化。刘一［7］报道，通过灌胃O127型大肠杆菌建立肠炎性小鼠模型后，发现实验组小鼠结肠组织中的TGF-β1相对表达量出现明显上升，并将其作为模型建立成功与否的测定指标。TGF-β可以调节肠道免疫细胞的增殖、分化，影响其免疫应答。研究发现，TGF-β1可以通过抑制Th1、Th2细胞的分化，以及中止T细胞中TGF-β信号传导，来引起自发性无控制的Th1、Th2细胞的的分化，Th1/ Th2失衡会导致炎症的产生。TGF-β还可以调节IFN-γ、IL-1β、TLR4等炎症因子的信号传导，从而影响肠道炎症的发展。TGF-β可以促进炎症发展，也可以抑制炎症发展，往往取决于其剂量、细胞周期及细胞类型这些因素。有研究发现，TGF-β在低浓度时是促炎因子，而在高浓度时则表现出抑制炎症的作用。第三，TGF-β可以上调肠黏膜细胞中的抗凋亡蛋白的表达，抑制肠黏膜细胞的凋亡，从而维护肠黏膜的完整性。有关试验结果显示，TGF-β2（+/-）和TGF-β3（+/-）杂合子小鼠的肠黏膜细胞的程序性死亡显著降低，而且伴随着肠绒毛长度的增加，和体内B淋巴细胞瘤-xL基因（Bcl-xL）和B淋巴细胞瘤-2基因（Bcl-2）含量的上调，这两种基因均可抑制细胞凋亡。这说明TGF-β通过上调体内抗凋亡蛋白Bcl-xL和Bcl-2含量来抑制肠黏膜上的细胞凋亡。

4 TGF-β在鸡肠道损伤中的相关研究

TGF-β及其信号通路对维护肉仔鸡肠道健康具有重要作用，相关研究发现TGF-β在鸡因疾病引起的受损肠道中会出现异常表达，影响肠道的炎症反应、免疫应答和修复。冷应激可以诱导鸡十二指肠的损伤，在急性和慢性冷应激条件下，肉仔鸡十二指肠中TGF-β4的表达出现了先升后降的趋势，同一时期的促炎因子IL-2和IFN-γ的基因表达也出现先升后降的趋势。这表明TGF-β在冷应激的初期表现出了促炎的作用，与其他促炎因子的表达一起上升，在冷应激的后期，则因为炎症症状的缓解，其表达开始下降。有关专家研究采食了被呕吐毒素污染的饲料的肉仔鸡，发现肉仔鸡肠道的固有免疫应答受到毒素影响，并导致其抗病力的减弱，他认为肠道中TβRⅠ基因表达的显著下降与此有关。TGF-β在调节T细胞依赖的应答机制中，可以通过与IL-12产生颉颃来抑制IFN-γ的产生。而IFN-γ在抗鸡球虫保护性免疫中起到重要作用。使用堆型艾美耳球虫二次感染4～5周龄大的雏鸡，两次感染之间经过14 d，发现二次感染后雏鸡肠上皮内淋巴细胞中TGF-β4的表达水平升高5～8倍，而这些细胞中TGF-β2和TGF-β3的表达保持恒定。球虫感染后，肉仔鸡脾脏和盲肠扁桃体TGF-β4的表达量增加了3倍。TGF-β4的大量表达抑制了IFN-γ的表达，从而使鸡球虫病对肠道的损伤进一步恶化。以上这些研究都证明TGF-βs及其信号通路的异常在鸡肠道健康息息相关，TGF-βs的异常表达影响了鸡受损肠道的炎症因子的表达、免疫应答和修复等。

5 展望

目前肠道损伤对养鸡业产生的影响已越来越受到相关人员的重视，对相关细胞因子在鸡肠道损伤中的作用机制的研究也不断展开。TGF-β作为重要的细胞因子之一，它的不正常表达往往会导致家禽肠道疾病产生和发展。不断深入探究其在畜禽肠道黏膜屏障损伤的作用机制，从细胞和分子水平上系统全面阐明TGF-β与肠道损伤间的相互作用机制对预防和治愈肠道疾病是很必要的。

［1］蔡超，杨岸奇，曲湘勇，等.热应激对畜禽胃肠道的影响及机制［J］.中国饲料，2013，（17）：5-7.

［2］徐运杰.影响家禽肠道健康的因素［J］.饲料博览，2010，（11）：12-15.

［3］辜新贵，王启军，许小成.家禽肠道健康和疾病控制［J］.饲料博览，2010，（8）：41-44.

［4］杨俊花，陈慧英，韩薇，等.T-2毒素对BALB/c小鼠营养物质表观消化率及小肠形态结构的影响［J］.畜牧兽医学报，2015，（9）.

［5］黄进，于翠平，殷海成，等.TGF-β/Smad信号通路在动物肠黏膜屏障改变中的作用［J］.饲料研究，2013，（7）：20-22.

［6］彭瑞云，高亚兵，陈浩宇，等.TGF-β3在中子及γ线照射小鼠肠道损伤中的作用研究［J］.军事医学，2005，29（4）：341-343.

［7］刘一，隋丽华，曾林，等.BABL/c小鼠感染大肠杆菌O127模型的建立及TGF-β1因子的荧光定量检测［J］.中国实验动物学报，2013，21（2）：13-16.

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1004-5090（2016）12-0007-02

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