使用IPEC-J2作为猪肠上皮细胞模型研究与热应激及肠屏障恢复相关的改变

为什么高温会扰乱肠道

热浪愈发常见，它们不仅使动物和人类感到不适，还会扰乱肠道——这是机体处理食物和微生物的主要通道。本研究在体外培养的猪肠细胞中探究高温期间肠道保护性上皮发生了什么，以及温度下降后哪些功能能够恢复。由于猪的消化系统与人类相近，这些发现有助于理解极端高温如何影响农场动物和人类的肠道健康。

承压下的肠道保护屏障

肠道内表面由一层薄薄的细胞构成，像一面活着的墙。相邻细胞通过蛋白质“拉链”相互封闭，表面还有一层粘性黏液来捕捉病原体和颗粒。这些特性共同使有害物质保持在肠腔内，同时允许营养进入体内。当该屏障被削弱时，非预期的分子和微生物就可能渗漏，进而引发炎症和疾病。科学家已知高温会在活体猪中扰乱该系统，但细胞层面随时间的具体反应以及热浪后能否恢复仍不清楚。

在培养皿中模拟热浪

为模拟热浪，研究人员先在舒适温度下培养猪肠细胞，然后将其暴露于较高温度五天，再恢复至正常温度五天。他们检测细胞存活情况、程序性细胞死亡比例，以及通过测量电阻和小分子示踪剂穿过细胞层的泄漏程度来评估屏障的密闭性。还检查了两种关键的封闭蛋白ZO-1和occludin，以及黏液生成，重点关注主要黏液成分MUC2。最后，研究人员追踪氧化应激的迹象——由反应性分子积累引起的化学负担，并测量细胞抗氧化防御和应激响应蛋白的活性。

高温对肠道屏障的影响

在五天高温期间，肠上皮细胞层显示出明显的损伤迹象。更多细胞出现细胞死亡特征，屏障变得更渗漏，小分子染料更容易通过细胞间隙。帮助细胞边界连接的蛋白ZO-1减少并错误地聚集在细胞内部，而不是在细胞接触处形成清晰的条带，occludin的改变较小。以MUC2为标志的黏液生成细胞数量减少，提示保护性黏液层会变薄。与此同时，加热的细胞产生了更多反应性氧种，表明存在氧化应激，并上调了若干保护性蛋白，包括抗氧化酶和热休克蛋白HSP70。这一模式表明肠上皮在承受压力，封闭性和黏液减少，但同时在积极发动防御。

细胞能恢复到何种程度

当细胞在正常温度下恢复五天后，许多改变有所缓解。细胞死亡率回落到从未加热细胞的水平，示踪剂泄漏减少，穿过细胞层的通透性与对照组相当。细胞层的电阻甚至上升，表明封闭性增强。ZO-1和occludin的水平与定位有所改善，大多数抗氧化标志物，包括调控因子Nrf2和若干酶，也恢复到正常范围。然而，并非所有指标都回到基线。MUC2阳性的细胞数量仍低于未加热细胞，推测黏液生成仍未完全恢复。细胞对额外氧化挑战也保持更高的敏感性，HSP70的水平反而低于对照，暗示恢复后的细胞应激记忆发生了变化。

这对动物和人的意义

总体而言，研究显示类热浪的冲击可暂时损害肠道屏障，通过松动细胞间封闭、减少黏液和增加化学应激，但许多特征在温度恢复后可反弹。同时，一些防御机制，尤其是黏液生成和细胞处理氧化负担的能力，在该模型中未能完全恢复，这表明反复或持续的高温事件可能使肠道更易受损。尽管这项工作是在体外的猪细胞中完成，但支持了这样一种观点：在日益炎热的夏季，保护动物乃至人类免受持续高温，有助于维护肠道健康。

引用: Perruchot, MH., Boudry, G., Wiart-Letort, S. et al. Investigating alterations associated with heat stress and the recovery of the intestinal barrier using IPEC-J2 as an intestinal epithelial porcine cell model. Sci Rep 16, 15453 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45755-z

关键词: 热应激, 肠道屏障, 猪肠模型, 氧化应激, 黏液生成