内质网应激调控机体脂肪代谢稳态的分子机制研究

发布时间：2020-11-18 16:40

　　 脂肪组织作为动物体内重要的内分泌器官在脂类存储和代谢中起重要功能。脂肪代谢稳态是机体新陈代谢平衡的体现,受营养、遗传、环境等因素调节。内质网是细胞内蛋白质合成、折叠、加工及其质量监控的重要场所。脂肪细胞内质网除合成脂代谢关键蛋白外,也直接参与脂类转运及其代谢调控。内质网应激(ER stress)是由未折叠的蛋白质在内质网腔内大量聚集引起的细胞内钙离子稳态失衡和脂类代谢异常状态。研究表明肥胖和化学物质(如衣霉素等)可诱导脂肪细胞内质网应激进而引起机体脂代谢紊乱,但其具体机制尚不清楚。本研究利用衣霉素(Tunicamycin,TM)诱导小鼠脂肪组织和原代脂肪细胞内质网应激,探究其对脂肪组织和肝脏脂代谢的影响,解析内质网应激与关键脂肪细胞分泌因子脂联素(Adiponectin)和瘦素(Leptin)的互作及其对脂肪细胞凋亡、自噬、脂肪代谢紊乱和炎症反应的调控机制,阐明脂肪细胞内质网应激通过传递外泌体影响肝脏脂肪代谢的作用机制。获得以下主要研究结果:1.利用TM构建小鼠脂肪组织和原代脂肪细胞内质网应激模型,发现TM显著提高脂肪组织内质网应激标志因子Chop、GRP78和Atf家族成员表达;同时,TM降低小鼠体重并减少脂肪细胞大小,但伴随脂肪组织炎症反应;此外,TM也降低脂肪组织中Adiponectin和Leptin的水平,并引起脂代谢紊乱,进而激活细胞自噬和凋亡,而内质网应激抑制剂4-PBA显著缓解脂代谢紊乱,抑制FFA异常增加。2.脂肪细胞因子Adiponectin通过其受体AdipoR1抑制内质网应激及脂代谢异常;Adiponectin降低脂肪细胞内钙离子浓度,缓解FFA异常增加引起的脂代谢紊乱;同时,Adiponectin增加AMPK/PKC通路磷酸化并提高脂代谢关键因子PPARα表达;进一步研究表明PPARα是内质网应激关键因子Atf2的转录因子,Adiponectin通过激活AMPK/PKC/PPARα信号抑制内质网应激关键因子Atf2转录,进而抑制脂肪细胞内质网应激和细胞凋亡。3.利用RNA-seq解析内质网应激与Leptin互作关系,发现Leptin抑制脂肪细胞内质网应激与细胞自噬和炎症反应密切相关;Leptin激活其受体下游JAK2/STAT3通路,抑制内质网应激诱导的脂肪细胞自噬流和自噬体的形成;Leptin还可通过提高Klf4表达负转录调控内质网应激关键因子Atf4,抑制内质网应激和细胞自噬过程;此外,Leptin通过调控ATF4和ATG5蛋白互作,抑制内质网应激诱导的脂肪细胞自噬,促进机体脂代谢稳态。4.分离内质网应激脂肪细胞来源外泌体(TM ATEx)并注射正常小鼠,发现TM ATEx引起肝脏内质网应激和脂代谢紊乱,进而诱发肝脏脂肪变性和炎症反应;蛋白组学测序分析发现脂肪细胞内质网应激改变ATEx蛋白组成分传递至肝细胞起调控功能,其中亚细胞定位于细胞质的Akr1b7蛋白增加最多;生物信息学解析Akr1b7调控的关键代谢过程,发现TM ATEx通过提高肝细胞中Akr1b7蛋白含量,进而提高细胞内甘油水平引起肝细胞内质网应激和脂代谢紊乱。综上所述,本研究探明了脂肪细胞内质网应激通过关键因子Atf2和Atf4引起机体脂代谢紊乱的分子机制,解析内质网应激与Adiponectin和Leptin互作抑制脂肪细胞自噬、凋亡和炎症反应,揭示TM ATEx传递Akr1b7至肝细胞引起肝脏脂代谢紊乱的重要功能,最终阐明内质网应激诱发机体脂肪代谢紊乱的作用机制,为深入研究脂代谢的可塑性调控奠定分子基础,为肉品质改良提供重要理论基础。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S852.2
【部分图文】：

UPR反应（ClaudioHetz,2012）

内质网应激与细胞凋亡内质网介导细胞凋亡至少包括两种机制，命名为非折叠蛋白反应（unfoldeion，UPR）和钙离子起始信号（calcium signaling）(Kim et al., 2008a; Scorr) （图 1-2）。非折叠蛋白反应蛋白在内质网腔形成空间结构由许多分子，包括 Bip/Grp78 和 Grp94 及折叠酶类，如蛋白二硫异构酶和肽基脯氨酰。非折叠蛋白在内质网沉积，信号通过内质网膜传入胞核和胞浆，效应蛋ip/Grp78 和 Grp94 等内质网伴侣蛋白基因转录，并广泛减少蛋白翻译，以白折叠形成，减少非折叠蛋白在内质网沉积和聚集，使细胞能够耐受及生内质网应激的反应称为非折叠蛋白反应(Xu et al., 2005)。

Caspase-12 表达的细胞对内质网应激介导的凋亡有更强抵抗，而对非内质网应激介导的凋亡，二者敏感性相似。表明 Caspase-12 与内质网应激介导凋亡的机制有关，而与非内质网应激介导的凋亡无关。应用 BFA 或衣霉素可触发 Caspase-12 活化，但最强的活化刺激是应用毒胡萝卜素或钙离子载体 A23187。内质网损伤引起 Caspase-12 酶原激活，重组 Caspase-12 切割并激活 Caspase-9 酶原，活化的 Caspase-9 裂解 Caspase-3 酶原等效应 Caspase，效应 Caspase 切割多 ADP 聚合酶（PARP）和多种其它细胞内的底物，最终导致细胞凋亡。内质网应激可能通过需钙蛋白酶对原 Caspase-12 裂解或通过Grp78/Caspase-7 复合物介导的机制而使 Caspase-12 激活。Caspase-12 激活物还有IRE1-TRAF2 复合物，在 UPR 过程，IRE1-α 招募 TRAF-2，其复合物促使 Caspase-12 酶原聚集和活化(Szegezdi et al., 2006)。Caspase-12 基因缺陷小鼠的胚胎成纤维细胞不能完全对抗内质网应激引起的凋亡，在内质网可能存在着非 Caspase-12 依赖凋亡信号途径。
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本文编号：2888938