mTOR信号通路在谷氨酰胺调控猪肠上皮细胞生长中的作用

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谷氨酰胺(L-glutamine,Gln)是肠细胞和免疫细胞等细胞快速分化的优先底物,可刺激细胞增殖,能调控基因表达和细胞信号通路。Gln不仅作为肠上皮细胞的主要能量物质,为小肠上皮细胞的分化和增殖提供能量,而且还可通过调节谷氨酰胺酶活性、相关细胞信号通路和蛋白合成等促进肠上皮细胞的增殖,但其作用机理还不清楚。mTOR(哺乳动物雷帕霉素靶蛋白,mammalian target of rapamycin)是生长因子和营养信号的整合器,它整合上游的多种信号(如生长因子、营养需要、能量和环境压力等)进而调节细胞的生长。本研究首先选用mTOR的抑制剂雷帕霉素(rapamycin,RAP)进行研究,结果发现RAP对猪肠上皮细胞(Intestinal porcine epithelial cells,IPEC-1)生长有抑制作用,且其对IPEC-1细胞的最适抑制浓度和处理时间分别为10 nM和3 d。然后采用2×2因子设计试验研究mTOR信号通路在Gln调控IPEC-1细胞生长中的作用。试验分为4个组:(1)0 mM Gln,无RAP处理;(2)2 mM Gln,无RAP处理;(3)0 mM Gln,RAP处理;(4)2 mM Gln,RAP处理。在IPEC-1定制培养液中分别添加相应浓度的Gln和RAP培养4天,实时荧光定量PCR(RT-PCR)检测Gln对RAP处理IPEC-1细胞mTOR和AMPK信号通路、生长与生理、线粒体功能等相关分子mRNA的影响,Western Blot检测Gln对RAP处理IPEC-1细胞mTOR和AMPK信号通路关键分子蛋白表达的影响。结果显示:(1)试验第3和4天,Gln可缓解RAP对细胞增殖的抑制作用;(2)Gln上调了IPEC-1细胞AMPK、S6K1、4EBPl mRNA的相对表达量(P<0.05);(3)Gln降低了p-S6K1、p-AMPK的表达和p-S6K1/S6K1比值(P<0.05),并缓解了RAP处理导致的p-AMPK的表达上调。结论:Gln调控IPEC-1的细胞生长可能与mTOR信号通路分子4EBP1基因表达和S6K1蛋白表达有关。
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