高原习服中大鼠肝脏葡萄糖、脂肪酸代谢特点及机制

发布时间：2019-05-01 06:36

【摘要】：背景随着人们不断去高原地区工作或生活,多次往返或初次进入高原的人数也随着逐渐增高,如何尽快地适应高原低压低氧的环境,降低高原病的发生率成为摆在我们面前的问题,因此高原习服机制以及促习服机制的研究逐渐成为热点。高原习服的重点就是在低氧的条件下高效的利用能源物质以保证机体正常能量需要、维持各组织和器官正常功能,所以,机体在高原习服过程中能量代谢的特点和机制成为高原习服机制研究的重点。由于肝脏在机体能量代谢调节中的特殊地位,我们设计本课题,拟通过研究高原低压低氧环境下肝脏的葡萄糖及脂肪酸代谢特点,以了解肝脏在高原习服中的作用及机制,同时间接了解机体在高原习服过程中的葡萄糖、脂肪酸代谢特点。目的本课题拟通过观察高原习服过程中(4300m,1天、3天、7天、15天、30天)非运动状态下大鼠肝脏葡萄糖代谢、脂肪酸代谢相关限速酶及调节因子的基因、蛋白表达水平变化以及部分代谢产物含量的变化,探讨高原习服过程中肝脏组织葡萄糖、脂肪酸氧化、合成特点及其机制。方法健康成年SPF级雄性SD大鼠36只(体重为220～300g),随机分为平原对照组(C组)、高原暴露1天组(H1组)、高原暴露3天组(H3组)、高原暴露7天组(H7组)、高原暴露15天组(H15组)、高原暴露30天组(H30组)。平原对照组在平原动物房内饲养,高原暴露组在海拔4300m的高原动物饲养房内饲养。饲养到规定时间后,禁食不禁水一晚,腹腔注射水合氯醛麻醉(0.4ml/100g体重)后将动物处死,收集血浆测定血浆游离脂肪酸(free fatty acid, FFA)含量、血糖、血浆丙氨酸转氨酶(ALT)浓度及血乳酸含量,取肝组织置于液氮中保存备用。异柠檬酸脱氢酶(isocitrate dehydrogenase, ICDH)是三羧酸循环限速酶,葡萄糖-6-磷酸酶(Glucose-6-phosphatase, G6Pase)是糖异生途径限速酶,AMP激活的蛋白激酶(AMP activated kinase, AMPK)和转录因子叉头框蛋白01(forkheadbox O1, FoxO1)通过调节G6Pase的活性而调节糖异生；肉毒碱棕榈酰基转移酶(carnitine palmitoyl transferase-I, CPT-I)是脂肪酸p-氧化限速酶,过氧化物酶体增殖剂激活受体(peroxisome proliferation-activated receptors a, PPARa)通过调节CPT-I活性而调节脂肪酸p-氧化速率；乙酰CoA羧化酶(acetyl Co A carboxylase-1, ACC-1)是脂肪酸合成限速酶,AMPK不仅可以调节糖异生过程,而且可以通过调节ACC-1活性而影响脂肪酸的合成。本课题分别采用real time PCR和Western blot法测定肝组织中ICDH、G6Pase、AMPK、FoxO1、CPT-I、 PPARa、ACC-1的mRNA和蛋白表达水平；采用分光光度计法测定血浆FFA、血乳酸、肝乳酸、肝ATP及肝糖原含量；酶联免疫检测试剂盒检测肝组织总酮体含量；使用自动生化分析仪检测血糖及血浆ALT水平。结果 1、高原暴露期间(1-30天),大鼠血浆中ALT含量、FFA含量、乳酸含量及血糖水平与平原对照组相比无明显变化,说明肝功能正常、葡萄糖及脂肪代谢平衡、无氧代谢不显著。 2、与H1组相比,高原暴露3天、5天组的大鼠体重及摄食量逐渐下降,随后开始逐渐升高,至15天时体重高于H1组并继续增长,而摄食量达到H1组水平并持续稳定。 3、高原习服过程中肝脏葡萄糖代谢相关限速酶及调节因子的变化 (1)与C组相比,H1、H3和H7组肝组织ICDH mRNA和蛋白水平增高,H15和H30组无明显变化,而H1组肝ATP含量减低,其余各组(H3、H7、H15、 H30组)无明显变化,说明急性暴露期有氧氧化增强,而ATP的下降可能是触发三羧酸循环的因素； (2)高原习服过程中,各组肝组织乳酸含量没有明显变化,说明无氧代谢不显著； (3)与C组相比,H1、H3、H7组大鼠肝组织G6Pase mRNA和蛋白水平及肝糖原含量增高,H15和H30组恢复到平原对照组水平,说明急性暴露期肝糖异生增强,肝糖原储备增加； (4)与C组相比,各组中肝脏AMPK和FoxO1的mRNA和蛋白水平均低于C组,并且呈逐渐下降然后逐渐上升的趋势,以H15组最低。与H15组相比,H30组肝脏AMPK和FoxO1的mRNA和蛋白水平明显增高。说明AMPK和FoxO1共同作用,相互拮抗,增强肝脏糖异生过程； 4、高原习服过程中肝脏组织脂肪酸代谢相关限速酶及调节因子的变化 (1)与C组相比,H3组大鼠肝脏CPT-I的mRNA和蛋白表达水平明显增高,H15组明显降低,H1、H7和H30组与C组无明显差异。与H15组相比,H30组CPT-I的mRNA和蛋白表达水平明显高于H15组。说明急性高原暴露早期肝脏脂肪酸β-氧化明显增强但持续时间较短,同时说明有氧氧化增加,而慢性暴露早期β-氧化一过性减弱,随后逐渐增强； (2)与C组相比,H3组大鼠肝脏PPARa的mRNA和蛋白表达水平明显增高,H15组明显降低,H1、H7和H30组与C组无明显差异。与H15组相比,H30组PPARa的mRNA和蛋白表达水平明显高于H15组。说明PPARa在高原大鼠肝脏脂肪酸氧化中发挥调节作用； (3)与C组相比,H3组大鼠肝脏酮体生成明显增加,其余各组无明显变化,说明脂肪酸的氧化产物可能主要用于酮体的合成,储备能源物质以供外周组织应用； (4)与C组相比,H1、H3组大鼠肝脏ACC-1的mRNA和蛋白表达水平明显增高,H7、H15和H30组无明显变化。与H15组相比,H30组ACC-1的mRNA和蛋白表达水平明显高于H15组。说明高原暴露早期肝脏脂肪酸合成增加,但持续时间较短； (5)与C组相比,各组中肝脏AMPK的mRNA和蛋白水平均低于C组,并且呈逐渐下降然后逐渐上升的趋势,以H15组最低。与H15组相比,H30组肝脏AMPK的mRNA和蛋白水平明显增高。提示急性高原暴露期脂肪酸合成增加可能与AMPK活性被抑制有关。结论海拔4300m高原习服大鼠在非运动状态下： 1、能量代谢以有氧氧化为主,未发现无氧氧化增强的证据。 2、机体以碳水化合物作为主要能源物质,脂肪酸在急性高原习服过程中发挥重要的补充作用。 3、急性高原暴露期肝脏三羧酸循环、糖异生、糖原生成、脂肪酸氧化及合成、酮体生成增加,慢性暴露期则下降至平原对照组水平。 4、AMPK、FoxO1及PPARa在高原习服过程中葡萄糖、脂肪酸代谢中发挥重要作用。
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【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R339.5

【参考文献】