O-GlcNAc糖基化修饰对急性冷暴露小鼠和仔猪腓肠肌及肝脏葡萄糖代谢的影响

发布时间：2020-07-01 00:18

【摘要】：环境低温是北方寒区动物面临的主要应激源之一,长期低饲养温度或急性冷暴露对动物的生长性能、肌肉特性和肉质都有很大的影响,严重危害北方高寒地区畜牧养殖业的发展。冷暴露后机体通过增强自身代谢活动和骨骼肌收缩来维持正常体温。骨骼肌占全身重量的40%~60%,是能量储存和利用的一个重要器官。冷暴露中骨骼肌的功能及能量水平对机体运动能力的正常发挥起着十分重要的作用。有研究表明,O-GlcNAc糖基化修饰可影响骨骼肌的生长发育以及其生理功能。O-GlcNAc糖基化修饰作为蛋白质翻译后修饰类型中的一种,具有重要的生物学功能,可以调节多种生物学进程以维持细胞正常生理功能,如信号转导、蛋白酶体活性、细胞凋亡、转录和翻译等。据报道,O-GlcNAc糖基化修饰在机体应激和代谢调节中可充当“营养和应激感受器”的角色,那么,在急性冷暴露条件下O-GlcNAc糖基化修饰在机体能量代谢调节方面起着怎样的作用,目前尚不明确。分析仔猪骨骼肌及肝脏组织对冷应激的响应,进而明确调节葡萄糖代谢的信号转导机制,将有助于解决北方高寒地区幼畜面临突发寒冷应激状况时抗寒能力差、死亡率高等现实问题,对提升幼畜存活率,从而保证畜牧业持续健康发展具有重要意义。为探讨急性冷暴露对机体行为学的影响,本研究以C57BL/6小鼠为研究对象,建立冷应激模型。将小鼠分为冷暴露试验组(冷暴露2 h、4 h、6 h、8 h、10 h及12 h组,4℃)和常温对照组(28℃)。冷刺激前将各组小鼠逐只称重并记录,冷刺激结束后立即进行体重、体温测量和旷场行为学测试试验。结果显示,冷暴露组小鼠较常温对照组在旷场试验中的运动距离和站立次数显著减少,运动能力降低,自发活动和活跃程度明显减弱(P0.05);而总运动时间和静止时间与常温对照组相比没有显著性变化;并且,随着冷暴露时间的延长,小鼠体温极显著降低(P0.01),而体重与对照组相比无显著性差异(P0.05)。为探讨急性冷暴露条件下O-GlcNAc糖基化修饰对C57BL/6小鼠腓肠肌和肝脏组织葡萄糖代谢的影响,本研究采集冷暴露2 h、4 h、6 h、8 h、10 h及12 h小鼠的腓肠肌、肝脏组织和血液,对血浆中的血糖、胰岛素和胰高血糖素水平进行检测,对组织中ATP、ADP和AMP含量进行检测,对组织中O-GlcNAc,OGT,Akt以及葡萄糖代谢和细胞凋亡相关蛋白表达水平进行检测,结果显示,急性冷暴露可引起血浆中葡萄糖水平显著降低(P0.05)、胰高血糖素水平极显著升高(P0.01)和胰岛素水平呈现波动调节(P0.05),ATP/(ADP+AMP)含量呈现时序性波动变化(P0.05),促进腓肠肌及肝脏组织中O-GlcNAc糖基化修饰和OGT蛋白的表达,促进Akt蛋白的活化,并诱导Akt下游葡萄糖代谢相关蛋白AS160(葡萄糖转运关键蛋白),Glut4(葡萄糖转运关键蛋白),GSK3β(糖原合成关键蛋白),GS(糖原合成关键蛋白),PFKFB2(糖酵解关键蛋白)的磷酸化,冷暴露前后细胞凋亡相关蛋白Bcl-2/Bax比值差异显著(P0.05),而Cleaved-Caspase-3(P0.05)则无显著性变化,并且冷暴露小鼠的腓肠肌和肝脏组织均对冷应激响应呈现出时序性变化。为探讨急性冷暴露条件下骨骼肌OGT~(-/-)条件性敲除对C57BL/6小鼠腓肠肌和肝脏组织葡萄糖代谢的影响,本研究构建了骨骼肌特异性OGT~(-/-)敲除小鼠,分别给予野生型和骨骼肌特异性OGT~(-/-)敲除小鼠4℃冷刺激0 h和4 h,采集腓肠肌、肝脏和血液样本,对血浆中血糖和胰岛素水平进行检测,对组织中糖酵解中间产物FDP和终产物PA以及O-GlcNAc糖基化修饰水平、OGT蛋白表达水平、IRS-1/Akt通路及其下游葡萄糖代谢相关蛋白和Bcl-2、Bax、Caspase-3等凋亡相关蛋白进行检测,结果显示,急性冷暴露条件下,与野生型小鼠相比骨骼肌特异性OGT~(-/-)敲除小鼠血糖和胰岛素水平显著降低(P0.05),腓肠肌中FDP和PA含量极显著升高(P0.01),肝脏中FDP和PA含量无显著性变化(P0.05),并促进了IRS-1/Akt及下游葡萄糖代谢相关蛋白的表达,使机体葡萄糖代谢和全身胰岛素敏感性增强,促进细胞凋亡相关蛋白表达明显上调,对细胞保护作用减弱。为进一步探究冷暴露对仔猪腓肠肌和肝脏组织的影响,为更贴合生产实际,本研究选择常用养殖培育品种“杜×长×白”三元杂交仔猪为研究对象,并采集了腓肠肌、肝脏和血液样本,对血浆中血糖水平进行检测,对组织中ATP、ADP和AMP含量进行检测,对组织中O-GlcNAc,OGT,Akt以及葡萄糖代谢和细胞凋亡相关蛋白的表达进行检测,结果显示,急性冷暴露后仔猪血浆中血糖水平无显著性变化(P0.05),但可促进腓肠肌及肝脏组织中O-GlcNAc糖基化修饰和OGT蛋白的表达,促进Akt蛋白的活化,诱导Akt下游葡萄糖代谢相关蛋白的磷酸化,并且冷暴露仔猪的腓肠肌和肝脏组织均对冷应激响应呈现出先升高后降低的时序性变化。综上所述,在C57BL/6小鼠腓肠肌和肝脏中整体O-GlcNAc糖基化水平在急性冷暴露期间呈动态变化过程,通过IRS-1/Akt信号通路调节机体葡萄糖代谢和胰岛素敏感性;也参与调节细胞凋亡相关蛋白表达,实现应激条件下的细胞保护作用。O-GlcNAc糖基化修饰也可在仔猪急性冷暴露期间诱导腓肠肌和肝脏中Akt活化,调控下游葡萄糖代谢和细胞凋亡相关蛋白表达,实现调节葡萄糖代谢及应激条件下的细胞保护作用。
【学位授予单位】：黑龙江八一农垦大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S852.2

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