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目的和意义:
应用生物信息学及克隆表达的方法对乳酸杆菌表层粘附蛋白进行筛选和鉴定,并通过抗体封闭及竞争粘附的手段对目的蛋白的粘附作用作进一步的验证。根据肠上皮细胞模型(Caco-2细胞)在单独使用致病性大肠杆菌(EPEC)感染,加用乳酸杆菌或粘附蛋白后的生物学功能改变的不同,包括单层细胞的完整性和通透性、紧密连接(Tight jungtion,TJ)蛋白、F-actin、ERK、p-ERK的表达差异,阐述乳酸杆菌及粘附蛋白对肠上皮细胞紧密连接蛋白及其生物学功能的调控机制。
研究方法:
1、运用生物信息学及克隆表达的方法鉴定和筛选乳酸杆菌表层粘附蛋白;
2、通过同EPEC竞争粘附肠上皮细胞,结合抗体封闭的手段验证目的蛋白的粘附作用;
3、采用免疫荧光、Western blot方法观察EPEC、乳酸杆菌或粘附蛋白对肠上皮细胞紧密连接(TJ)相关蛋白Claudin-1蛋白、Occludin蛋白、JAM-1蛋白、ZO-1蛋白分布变化的影响; FITC-phalloidin染色观察细胞骨架F-actin的表达变化;
4、用Millipore ERS电阻仪测定单层细胞跨膜电阻值(TER)的变化;用高效液相色谱法(HPLC)测定甘露醇溶液的透过率间接反映单层细胞的通透性;
5、结合ERK表达水平的改变,分析乳酸杆菌对肠上皮TJ蛋白的调控机制
6、所有数据采用均数±标准差表示,P<0.05提示差异有统计学意义,采用SPSS13.0版统计软件进行统计分析。
结果:
1、通过乳酸杆菌同肠上皮黏蛋白的粘附特性,对乳酸杆菌表层粘附蛋白作筛选及鉴定,运用质谱分析、分段表达克隆及Western blot找到粘附蛋白整合膜蛋白(IMP),其粘附域位置是IMP的第二段(氨基酸序列的455-755);
2、通过抗体封闭,在同EPEC的竞争黏附实验中进一步证实该段黏附蛋白对黏附有重要作用;
2、碱性磷酸酶染色验证了肠道上皮样细胞Caco-2具有明显的细胞极性。免疫胶体金及电镜观察证实相邻上皮细胞间的顶端存在紧密连接结构;
3、EPEC感染可使相邻Caco-2细胞间TJ结构遭到破坏,TJ相关蛋白(Claudin-1蛋白,Occludin蛋白,JAM-1蛋白,ZO-1蛋白)的表达亦减少,细胞骨架受损,然而肠上皮细胞ERK的磷酸化水平随紧密连接蛋白水平的降低而升高;而乳酸杆菌和表层粘附蛋白处理后可以减轻EPEC引起的TJ结构及相关蛋白的破坏,ERK的磷酸化水平却降低明显;
4、EPEC感染Caco-2细胞后,单层细胞的TER值降低和甘露醇的透过率随时间延长而升高;而经乳酸杆菌和表层粘附蛋白处理后,TER值恢复且甘露醇的透过率降低。
结论:
植物乳酸杆菌CGMCC No.1258表层黏附蛋白为整合膜蛋白,且该蛋白的粘附区域位于其第二段氨基酸序列中。乳酸杆菌依赖于粘附蛋白可以同EPEC竞争粘附肠上皮细胞Caco-2,进而可以抑制EPEC的感染后引起的肠道单层上皮完整性、细胞间紧密连接结构和细胞内骨架的破坏,其具体调控机制和ERK途径密切相关。