近日，江苏省现代农业（生猪）产业技术体系良种繁育岗位专家、扬州大学动物科学与技术学院包文斌教授团队在《International Journal of Biological Macromolecules》杂志上在线发表了题为“DNA ligase III mediates deoxynivalenol exposure-induced DNA damage in intestinal epithelial cells by regulating oxidative stress and interaction with PCNA”的研究论文。
该研究揭示了DNA连接酶Ⅲ在脱氧雪腐镰刀烯醇（Deoxynivalenol，DON，呕吐毒素）诱导猪肠道细胞损伤过程中起到重要调控作用，为呕吐毒素的生物防控策略和治疗药物研发提供新的见解。
脱氧雪腐镰刀烯醇（DON，呕吐毒素）是镰刀菌属产生的有毒次级代谢物。目前，饲料原料和饲料中DON污染广泛存在，自然发生，并难以控制，严重威胁畜禽健康养殖和人类健康，已成为世界性公共安全问题。DON是一种食源性环境毒素，猪对DON非常敏感且肠道是其首要靶器官，可引发肠道细胞损伤和免疫系统紊乱。
虽然，动物营养领域已经在上游和前端（饲料源头以至生产各环节）开展了卓有成效的消除和降解工作，但是霉菌毒素污染率高、检测成本高、鉴别诊断困难依然是饲料霉菌毒素防控领域面临的主要挑战，当前还难以杜绝畜禽通过饲料摄入霉菌毒素以及低剂量霉菌毒素在体内富集的风险。探寻霉菌毒素新的防控方法和策略已经成为畜禽健康养殖和人类食品安全的迫切需要。因此深入探究DON诱导肠道损伤的遗传基础和调控机制，探寻机体抗DON毒性的分子标记具有重要意义。
在本研究中，该团队建立了DON诱导猪小肠上皮细胞（IPEC-J2）损伤模型，发现DON暴露引起猪肠道细胞严重的DNA损伤，表现为细胞内氧化应激和凋亡水平显著升高，并伴随DNA损伤关键标志物γ-H2AX和8-OHdG升高，呈现严重的DNA碎片化与拖尾现象。此外，通过检测不同DNA损伤修复途径关键基因的表达，发现同源重组修复、碱基切除修复、经典非同源末端连接和替代非同源末端连接途径中关键基因表达均受到DON毒性的影响，尤其是在DON暴露后LIG3的表达显著降低，并呈剂量依赖性效应。
为进一步探究LIG3在DON诱导猪肠道细胞损伤中的功能，研究人员通过LIG3敲低，过表达及常规实验，发现LIG3表达降低会加剧DON诱导的细胞毒性和遗传毒性，降低细胞活力，诱导细胞凋亡和细胞周期阻滞，激活炎症反应和MAPK信号通路；而过表达LIG3之后则有效逆转DON诱导的细胞毒性和遗传毒性。此外，该研究利用LC-MS/MS和CoIP等技术筛选并验证LIG3可以与PCNA相互作用，并通过形成蛋白复合体在抵御DON诱导肠道细胞损伤中发挥关键作用。
LIG3调控DON诱导猪肠道细胞损伤修复的分子机制示意图
综上所述，该研究从DON诱导猪肠道细胞DNA损伤层面揭示了DON污染对猪肠道细胞毒性的分子调控机制，明确了DNA损伤修复关键基因LIG3在DON诱导猪肠道细胞损伤过程中的关键调控作用。该研究不仅丰富了DON诱导肠道损伤的遗传基础和调控机制，确定了DON抗性的潜在重要分子标记物及功能基因，同时为全面预防和控制DON污染以及治疗药物研发提供了新见解。
*扬州大学动物科学与技术学院硕士研究生朱霄阳为论文第一作者，江苏农牧科技职业学院吴嘉韵博士为论文共同第一作者，扬州大学动物科学与技术学院包文斌教授团队讲师范海瑞为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（No.32372837）项目的资助。