大型家养动物初乳中高IgG含量性状形成的遗传和分子生物学机制分析

As the immune system has not been fully developed in neonates, transfer of passive immune materials such as IgG from mothers to offspring is essential in protecting neonates from infections in their early life. Maternal IgG is transferred to neonates via different pathways in different species. IgG is mainly transferred to fetus across placenta in humans, whereas in mice, this process can be done both through placental and milk. In domesticated animals such as pig, cow and sheep, maternal IgG is, however, exclusively transferred to newborns through colostrum suckling. Although it is clear that the neonate Fc receptor (FcRn), is responsible for IgG tranfer through the placenta and absorption in the small intestine, the receptor involved in IgG transfer from serum to colostrum still remains unknown. Using various animal models and techniques, we are planning to identify this receptor and analyze its transfer mechanism in domesticated animals.

新生动物免疫系统尚未完全发育成熟，被动免疫物质尤其是IgG从母体到后代的传递是保证新生动物早期抵御微生物感染的重要保障。不同动物间IgG母婴传递过程差异较大：人类IgG主要在孕期通过胎盘从母体传递给胎儿。小鼠IgG既可以通过胎盘，也可以通过乳汁传递给后代。而家养动物猪、牛和羊初乳中含有大量IgG，后代从母体获得的IgG全部通过吸食初乳来完成。不同母畜个体初乳中IgG含量相差可达几十倍。虽然现在已经清楚新生儿Fc受体（FcRn）在不同动物中负责IgG的跨胎盘转运以及新生儿小肠对IgG的吸收过程，但家养动物初乳的高IgG含量以及不同个体之间初乳中IgG含量差异如何形成、何种蛋白充当了IgG从母体血清到初乳的转运受体是目前尚未解决的重大问题。本研究拟利用小鼠和大动物遗传修饰模型，运用遗传学、免疫学、生物化学和分子生物学综合手段，鉴定家养动物血清到初乳IgG转运受体并详细分析其分子机制。

对于新生哺乳动物来说，其免疫系统在出生时还没有发育完善，所以从母体获得被动免疫是至关重要的。IgG是一种重要的被动免疫物质，胎儿或新生儿可以在产前通过胎盘转运或产后通过吮食母乳获得。不同物种获得IgG的方式大致可分为三类:在人类和兔子中，母体IgG只能在出生前通过胎盘传递至胎儿血清；而在猪、牛、羊等大型家畜中，IgG只能通过初乳喂养进行传递。在第三类物种中，如大鼠和小鼠，母体IgG的传递可以通过以上两种方式完成。要完成IgG的转运，综合来说，有三种细胞屏障:胎盘、乳腺和小肠。目前已知，IgG的跨胎盘和跨小肠转运是由新生儿Fc受体(FcRn)介导的。然而，IgG的跨乳腺转运受体仍然未知。在本研究中，我们首先利用FcRn敲除与FcRn胞内域截短小鼠模型，对FcRn 是否参与IgG从母体血清到乳汁的转运过程进行了研究。结果发现，在小鼠中FcRn不参与该过程。鉴于小鼠与大动物的差异，同时我们进一步制备了FcRn敲除猪模型，来研究FcRn在大动物乳腺组织中的功能。结果发现，在猪中FcRn也不参与IgG的跨乳腺转运。利用这四种FcγRs受体分别敲除的小鼠作为模型，结果发现FcγRIIB参与了IgG的跨乳腺转运过程, 并且利用体外实验证明FcγRIIB可以与单体IgG结合，且具有介导单体IgG跨细胞转运的能力。 FcγRIIB有两种剪切体，它们在介导单体IgG跨细胞转运时, 存在转运倾向性差异。其中FcγRIIB2的转运方向倾向于从上皮细胞的基底侧向腔侧转运, 这与IgG从母体血清向乳汁侧转运的方向一致，因此我们认为介导IgG跨乳腺转运的主要是FcγRIIB2。为了验证在大动物中FcγRIIB是否也参与了IgG的跨乳腺转运，我们制备了FcγRIIB敲除猪模型来进行进一步的研究。