不同锌源对猪肠上皮细胞IPEC-1锌吸收转运蛋白基因水平的影响

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本试验以猪肠上皮细胞IPEC-1为实验模型,研究了三种锌源(甘氨酸锌、蛋氨酸锌、硫酸锌)对IPEC-1锌吸收转运蛋白基因水平的影响。并通过RNA干扰,研究ZIP4在肠道锌转运过程中发挥的作用,进一步探讨氨基酸螯合锌在猪肠道的可能吸收模式。试验分以下两部分进行:  试验一 不同锌源和锌水平对IPEC-1锌吸收转运蛋白基因表达的影响  1.不同锌源对猪肠上皮细胞IPEC-1细胞增殖的影响  试验以IPEC-1为研究对象,分别在IPEC-1细胞培养液中添加锌浓度为0、50、100、150、200μmol/L的三种锌源(甘氨酸锌、蛋氨酸锌、硫酸锌)分别培养6h、12h、24 h,MTT法测定细胞增殖变化。结果表明:在作用6h、12h或24 h后,高剂量的三种锌源均显著抑制猪肠上皮细胞的生长(P<0.05),其中以6h时细胞活性值的下降幅度最小,但高剂量(100μmol/L以上)同浓度的有机锌对IPEC-1细胞的损伤小于无机锌。同时甘氨酸锌、蛋氨酸锌、硫酸锌组IPEC-1细胞活性具有明显的剂量依赖效应,随着锌浓度的增加细胞活性下降,并且在锌添加水平≥100μmnol/L时下降明显。因此本试验选择50μmol/L、6h作为最佳处理浓度和时间用于后期试验。  2.不同锌源对猪肠上皮细胞IPEC-1锌吸收转运蛋白基因水平的影响  选用锌浓度为50μmol/L的三种锌源(甘氨酸锌、蛋氨酸锌、硫酸锌)或锌浓度为0、50、100、200μmol/L的甘氨酸锌分别作用于IPEC-1细胞,处理6h。Real-time PCR法测定MT1、DMT1、ZIP4、ZIP5、ZnT1、ZnT2 mRNA表达水平,以β-actin mRNA水平作为内参对照。结果表明:三种锌源均可快速有效改善细胞锌状态。添加锌可显著上调IPEC-1细胞MT1、ZIP5、ZnT1和ZnT2 mRNA表达水平(P<0.05),下调ZIP4 mRNA表达水平(P<0.05),但三种锌源处理组组间差异显著。与对照组相比,甘氨酸锌组能较显著地上调MT1、DMT1、ZnT1mRNA表达水平(P<0.05);硫酸锌和蛋氨酸锌组ZnT2 mRNA表达水平显著增加(P<0.05),DMT1、ZIP4 mRNA表达水平均显著下降(P<0.05);硫酸锌组ZIP5 mRNA表达水平显著增加(P<0.05),其他各组差异不显著(P>0.05)。同时添加不同水平的甘氨酸锌处理IPEC-1细胞6h后,MT1、ZIP5、ZnT1、ZnT2mRNA表达水平显著增加(P<0.05),ZIP4 mRNA表达水平显著下降(P<0.05)。添加锌浓度为50μmol/L的甘氨酸锌可显著增加DMT1 mRNA表达水平(P<0.05),而高浓度锌添加量(100、200μmol/L)均显著降低其表达水平(P<0.05)。  试验二 ZIP4-siRNA转染对IPEC-1 MT1、DMT1 mRNA表达及细胞锌吸收率的影响  以猪肠上皮细胞IPEC-1为研究对象,设计合成针对ZIP4基因的siRNA,经LipofectamineTM2000脂质体转染IPEC-1细胞24 h、48 h,RT-PCR法检测ZIP4mRNA水平表达的变化,并用MTT法检测IPEC-1细胞增殖的变化;添加50μmol/L硫酸锌、甘氨酸锌、蛋氨酸锌分别处理ZIP4-siRNA转染细胞6h,RT-PCR法检测MT1、DMT1 mRNA表达变化,ICP-MS法检测IPEC-1细胞锌吸收率的变化。研究结果表明:  (1)4对ZIP4-siRNA序列转染IPEC-1细胞24 h或48 h可有效抑制ZIP4 mRNA表达,其中ZIP4-siRNA1序列抑制效果更明显。与空白对照组相比,24 hZIP4-siRNA1抑制率达到64.60%;48 h干扰效果更加突出,抑制率达到78.43%。同时MTT结果显示,ZIP4-siRNA1转染IPEC-1细胞24 h或48 h对细胞MTT OD值无显著影响(P>0.05)。因此,本试验选取ZIP4-siRNA1和24 h分别作为最佳特异性RNA干扰序列和干扰时间。  (2)不同锌源作用IPEC-1转染细胞6h发现:添加硫酸锌和甘氨酸锌的转染组MT1 mRNA表达水平较阴性对照组分别下降了16.94%(P<0.05)、33.62%(P<0.05),但添加蛋氨酸锌的转染组MT1 mRNA表达水平与阴性对照组差异不显著(P>0.05)。与阴性对照组相比,添加硫酸锌的转染组DMT1 mRNA表达水平提高了29.61%(P>0.05),而添加甘氨酸锌和蛋氨酸锌的转染组DMT1 mRNA表达水平分别下降了29.85%(P<0.05)、26.44%(P<0.05)。添加硫酸锌作用6h后,ZIP4-siRNA转染组IPEC-1细胞锌吸收率较阴性对照组下降了73.33%(P<0.05),但ZIP4-siRNA转染前后对甘氨酸锌和蛋氨酸锌组细胞锌吸收率影响不显著(P>0.05)。  综上所述,添加甘氨酸锌、蛋氨酸锌或硫酸锌均可快速有效改善细胞锌状态;高剂量的三种锌源均可抑制猪肠上皮细胞增殖,但高剂量(锌浓度≥100μmol/L)同浓度的有机锌对猪肠上皮细胞的损伤小于无机锌;三种锌源对肠道锌吸收转运蛋白基因的表达存在差异,甘氨酸锌组能够较显著地上调MT1、DMT1、ZnT1mRNA表达水平,硫酸锌和蛋氨酸锌组ZnT2 mRNA表达水平显著增加,DMT1、ZIP4 mRNA表达均显著下降,硫酸锌组ZIP5 mRNA表达水平显著高于其他各组。添加不同水平的甘氨酸锌可显著上调MT1、ZIP5、ZnT1、ZnT2 mRNA表达水平,下调ZIP4 mRNA表达水平。RNAi实验进一步证实硫酸锌在肠道的吸收主要依赖ZIP4,甘氨酸锌部分依赖ZIP4,蛋氨酸锌基本不依赖ZIP4。推测有机锌可能与无机锌的吸收转运方式不同,在肠细胞顶膜侧可能存在其他吸收通路,对此有待进一步深入研究。
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