转录组分析揭示了在猪仔肝脏模型中，T细胞通过CD8A/LCK/LAT信号通路介导的谷氨酰胺免疫调节作用

《The Journal of Nutritional Biochemistry》：Transcriptomic profiling reveals T cell-mediated Glutamine immunomodulation via CD8A / LCK / LAT signaling in the liver model of piglets

谷氨酰胺通过激活肝细胞免疫信号通路促进断奶仔猪肝脏发育，RNA测序和蛋白分析显示CD8A/LCK/LAT轴关键作用。

刘国伟|程玉洁|张怡宇|朱敏

教育部高原山区动物遗传、育种与繁殖重点实验室，贵州大学动物科学学院，贵阳550025，中国

摘要

谷氨酰胺（Gln）是体内最丰富且功能多样的氨基酸，在免疫反应中起着关键作用。肝脏是一个血管丰富且代谢活跃的器官，具有很强的再生能力，对免疫功能、外源物质的解毒以及维持代谢平衡至关重要。本研究旨在阐明Gln调节肝脏功能的分子机制。断奶后的Kele×Large White（约克夏）杂交猪仔（阉割雄性）在28天内通过饮食补充1%的Gln。研究结果表明，Gln能够促进肝脏发育过程。通过mRNA测序，发现对照组和Gln组之间存在444个差异表达基因（DEGs）。对这些差异表达基因进行基因本体论（GO）富集分析后发现，最富集的生物学过程是免疫系统和免疫反应。京都基因组与基因百科全书（KEGG）富集分析突出了几个与T细胞相关的免疫途径，包括Th1/Th2细胞分化、Th17细胞分化以及T细胞受体信号通路。对KEGG通路网络和蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络的分析表明，编码CD8 α链（CD8A）、淋巴细胞特异性蛋白酪氨酸激酶（LCK）和T细胞激活连接因子（LAT）的差异表达基因处于核心位置，这表明它们在免疫调节中起着关键作用。实时定量PCR（RT-qPCR）结果与RNA测序数据一致。此外，Western blot分析显示Gln组中LCK和LAT的蛋白质表达显著增加，表明CD8A/LCK/LAT信号轴被激活。这些结果强调了Gln通过肝脏T细胞信号传导的免疫调节作用，并为进一步研究Gln对肝脏生理的影响奠定了基础。

引言

谷氨酰胺（Gln）是体内最丰富且功能多样的氨基酸，在多种代谢过程中发挥关键作用，特别是在应激反应、免疫调节和维持肠道健康方面。Gln对于生物物质的转化、pH平衡以及通过组织间氨（NH3）的转移进行器官间氮交换至关重要[1]。作为关键的代谢底物和免疫调节剂，Gln显著影响免疫细胞的功能[2]。在病理生理应激条件下，如败血症、术后恢复、严重烧伤、营养不良和长时间高强度运动时，Gln的利用率可能等于或超过葡萄糖的消耗量，这突显了其作为主要代谢底物的必要性[3],[4],[5]。Gln的补充具有双重保护作用，可以减少氧化应激损伤并缓解炎症性疾病的症状[6]。研究表明，口服Gln可以降低坏死性小肠结肠炎（NEC）和败血症的发病率，并维持早产儿的肠道完整性[7]。在危重病人中，Gln补充显示出显著的临床益处，包括降低死亡率[8]、缩短住院时间以及减少伤口感染的发生率[9],[10]。Gln是肠道、骨骼肌和肝脏的重要营养底物。Gln在维持肠道屏障完整性方面起着关键作用；它有助于防止肠道细菌和毒素的移位，从而减轻全身炎症负担[1,11]。骨骼肌是Gln的主要储存库，其合成、储存和释放过程紧密关联，导致全身Gln可用性与肌肉代谢之间的紧密耦合[12]。Gln作为一种强效的免疫调节剂，能够促进淋巴细胞增殖、增强巨噬细胞的吞噬作用并调节细胞因子的产生，从而协调免疫反应[13],[14]。

肝脏是一个具有复杂血管系统的大型器官，以其显著的自我修复和再生能力而闻名。它在免疫、解毒和维持代谢平衡方面发挥着重要作用[15]。肝脏内有多种类型的免疫细胞参与先天性和适应性免疫[16]。先天性免疫系统在肝脏中尤为突出，因为肝脏富含巨噬细胞、自然杀伤细胞和γδ T细胞淋巴细胞。这些细胞对健康的肝脏功能至关重要，能够防止感染、肿瘤生长和肝脏损伤，同时促进愈合[17]。最近的研究表明，先天性免疫机制在调节肝脏再生中起着关键作用，主要是通过细胞因子介导的信号传导和干细胞的增殖[18]。肝脏无疑是一个重要的免疫组织，含有体内最多的吞噬细胞，作为身体与外界之间的重要屏障。肝脏内的各种免疫细胞类型相互作用，以维持平衡和整体组织健康[19]。

肝脏是谷氨酰胺（Gln）代谢和稳态的中心器官。体内Gln的代谢平衡主要由谷氨酰胺合成酶（GS）和谷氨酰胺酶（GLS）调节[20]。实验研究表明，Gln补充可以加速啮齿动物模型中肝脏GSH的补充，从而增强从毒性和机械性肝脏损伤中的恢复[21],[22]。目前关于Gln和肝脏健康的研究主要来自小型动物实验；其在大型哺乳动物肝脏中的生理意义仍不明确。研究结果表明，饮食中补充0.81%至1%的Gln显著提高了断奶猪仔的生长性能并改善了肠道健康[23],[24],[25]。基于这一发现，分别在饮食中添加了1%的Gln，以研究最佳剂量对猪仔肝脏健康的影响。猪在多种应用中具有巨大潜力，包括跨物种器官移植、药物开发、疫苗设计以及人类免疫机制的研究[26],[27]。本研究旨在探讨Gln对猪仔肝脏健康的影响。同时，它可能为探索Gln在人类肝脏健康中的潜力提供新的思路，特别是在肝脏代谢支持、免疫调节和组织再生方面。

高通量RNA测序（RNA-Seq）可以通过为每个样本生成数百万条读长来详细分析任何转录组[28]。该技术可用于研究各种RNA群体，包括总RNA、微RNA、长非编码RNA、前体mRNA和信使RNA（mRNA）[29]。作为遗传学研究的关键组成部分，RNA-Seq将大型复杂的数据集转化为生物学上的重要见解。从RNA-Seq获得的数据可以提供关于差异表达基因（DEGs）的全面信息，并揭示它们在各种组织和细胞中的表达模式。在本研究中，RNA-Seq被用来探索Gln调节肝脏功能的潜在分子机制。

部分摘录

动物伦理和处理

中国贵州大学动物福利委员会（EAE-GZU-2021-T091）批准了本研究中使用的动物实验。Gln的剂量是根据现有研究[23],[24],[25]确定的，猪仔被喂食含有1% Gln的饲料28天。本研究旨在系统地探讨饮食中Gln对肝脏健康的影响。最初，为了评估Gln剂量对断奶猪仔表型（生长性能）的依赖性，分别使用了1%和2%

补充Gln有益于肝脏的发育

为了了解Gln如何影响肝脏的发育过程，我们首先计算了肝脏指数，并使用苏木精和伊红（HE）染色来检查肝脏结构。结果显示，补充Gln显著提高了断奶猪仔的肝脏指数（图1A）。HE染色结果表明，与对照组相比，1% Gln组的肝细胞形态更加规则和完整，其中含有许多双核细胞（如图所示）

讨论

谷氨酰胺（Gln）被归类为条件性必需氨基酸，在多种生理功能中起着关键作用，特别是在免疫调节和细胞增殖方面。在饮食缺乏期间，身体产生Gln的能力可能会受到影响，导致肠道和免疫系统的潜在功能障碍。在涉及猪仔的研究中，已经表明补充0.81%的Gln可以促进肠道发育、改善肠道健康

结论

总之，Gln有助于肝脏的生长和整体健康。本研究表明，饮食中补充Gln可能通过激活与T细胞相关的信号通路来调节断奶猪仔的肝脏免疫微环境。转录组分析表明，CD8A/LCK/LAT轴可能是免疫调节网络的核心。希望这些发现有助于更深入地理解Gln营养素与

伦理声明

中国贵州大学动物福利委员会（EAE-GZU-2021-T091）批准了本研究中使用的动物实验。

数据可用性

支持本研究的数据可以在文章中找到。其他相关数据可根据合理请求提供。

作者贡献声明

刘国伟：撰写——原始草稿、可视化、验证、调查、正式分析、数据管理。程玉洁：调查、正式分析。张怡宇：撰写——审阅与编辑、监督、资金获取。朱敏：撰写——审阅与编辑、项目管理、方法学、资金获取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（32202710）、贵州省生猪产业科技创新项目（202505）、贵州省生猪产业技术体系（GZSZCYJSTX-03,GZSZCYJSTX-07）、贵州省农业农村厅项目（黔农金融（2025）编号41）的资助。