高脂日粮诱导不同肥胖表型大鼠骨骼肌线粒体能量代谢差异及丁酸钠干预研究

发布时间：2020-07-01 18:03

【摘要】：线粒体是细胞能量代谢与自由基产生的主要细胞器,线粒体功能异常与肥胖、高血糖、高血脂等代谢综合征的发生发展密切相关,因此维持线粒体功能具有重要意义。肥胖易感(obesity prone,OP)与肥胖抵抗(obesity resistant,OR)个体在能量代谢、氧化还原稳态等方面存在差异,但线粒体稳态差异对不同肥胖表型个体的影响尚不清楚。丁酸属于短链挥发性脂肪酸,是肠道厌氧菌群发酵后的产物,极易与钠结合形成丁酸钠(sodium butyrate,NaB)。研究证实,NaB能够改善组织抗氧化酶活性,影响糖脂代谢过程,对线粒体代谢具有一定的调节作用,但具体机制尚不明确。本研究拟通过建立不同肥胖表型大鼠,探究骨骼肌线粒体能量代谢和氧化还原稳态的周期性变化规律,通过NaB干预进一步明确NaB对不同肥胖表型大鼠骨骼肌调节机制和剂量效应。高脂日粮诱导OP和OR大鼠模型,在8周、14周和20周分别采样,分析体重、血糖、胰岛素水平和HOMA-IR指数;测定腓肠肌和胰腺氧化还原相关指标、线粒体抗氧化酶(GSH-px、Mn-SOD)活性、乙酰CoA、NADH/NAD~+比值、ATP和乳酸水平。结果表明,8周~20周高脂饲喂导致OP大鼠腓肠肌、胰腺氧化应激,T-AOC、SOD及线粒体抗氧化酶水平显著降低,ROS和MDA水平上升,线粒体ATP生成不足,能量代谢减弱。与OP大鼠相比,OR大鼠在高脂饲喂8周~14周可维持较强的线粒体能量代谢功能,且在整个饲喂周期OR大鼠骨骼肌及胰腺抗氧化相关指标均显著高于OP大鼠。高脂日粮饲喂OP与OR大鼠8周后,分别添加4%、5%、6%NaB干预12周。结果显示,NaB干预能有效保护高脂日粮引起的肥胖大鼠腓肠肌和胰腺氧化应激,提高T-AOC、抗氧化酶(SOD、GSH-px)活力以及GSH/GSSG比值,降低ROS水平和MDA含量,可能是通过调节Nrf2抗氧化通路,增强PI3K、Nrf2 mRNA表达,抑制GSK-3β活性,上调下游抗氧化基因NQO-1、HO-1 mRNA表达,提高了组织抗氧化能力。同时,NaB干预可显著提高OP与OR大鼠腓肠肌Glut4、IRS-1 mRNA表达水平,抑制胰腺Bax、Casepase 3表达,提高Pdx1、MafA、Bcl-2 mRNA表达水平,增加胰岛素分泌和肌肉胰岛素敏感性。NaB的调节作用与其显著提高线粒体抗氧化酶MnSOD和GSH-px的活性、线粒体膜电位、NADH/NAD~+比值、乙酰CoA和ATP生成、TFAM和PGC-1α表达及线粒体DNA拷贝数密切相关。此外,5%、6%NaB干预OP大鼠,4%、5%NaB干预OR大鼠效果较为显著,表明不同肥胖表型个体NaB干预存在剂量效应,相关机制有待进一步研究明确。
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R589.2
【图文】：

体重,饲喂,高脂膳食,大鼠

3 结果与讨论3 结果与讨论同周期高脂日粮诱导OP和OR大鼠氧化还原稳态差异不同周期高脂日粮饲喂对 OP 和 OR 大鼠体重的影响如图 3-1 所示，第 4 周起高脂组较正常组大鼠体重增加加快，OP 组体重显 OR 组（P<0.05）。饲喂至第六周，OP 组体重极显著高于 OR 和 Con 组（P<0个实验周期内 OP 大鼠体重一直显著高于 Con 和 OR 组大鼠体重（P<0.05）， Con 组体重无显著性差异，结果表明 OR 大鼠具有较好的抵抗高脂膳食诱导，与李后开[28]研究结果一致。

线粒体功能,腓肠肌,大鼠,周期

表明短期（8 周）高脂饲喂，OP 大鼠胰腺出现一定程度的氧化应激。而高脂饲喂 OR 大鼠 8~20 周，胰腺抗氧化酶活性与 Con 大鼠相比并无显著性差异（P>0.05），且 GSH/GSSG比值高于 OP 大鼠，MDA 水平显著降低（P<0.05）。本研究结果提示，20 周高脂饲喂OR 大鼠胰腺仍可维持较强的抗氧化能力，可抵抗高脂日粮诱导的氧化应激。3.2 不同周期高脂日粮诱导OP和OR大鼠线粒体功能和能量代谢差异3.2.1 不同周期高脂日粮饲喂对 OP 和 OR 大鼠腓肠肌线粒体功能的影响Mn-SOD 和 GSH-px 作为线粒体内重要的抗氧化酶，对维护线粒体氧化还原稳态具有重要意义[83]。如图 3-2 所示，在整个实验阶段，与 Con 组相比，OP 大鼠 Mn-SOD 活性降低，20 周出现显著性差异。8 周和 14 周高脂饲喂引起 OR 大鼠 Mn-SOD 和 GSH-px活性显著提高，但到 20 周 GSH-px 活性显著降低（P<0.05）。Daiber 等人[84]发现 MnSOD或 GSH-px 基因敲除小鼠心肌细胞线粒体 ROS 生成增多，导致氧化损伤和线粒体功能异常。过表达 MnSOD 和 GSH-px 可有效增强线粒体抗氧化能力，恢复氧化应激引起的线粒体功能紊乱。本研究结果显示，高脂饲喂（8 周、14 周），OR 大鼠可通过提高腓肠肌线粒体抗氧化酶活性，维持线粒体功能，维护腓肠肌氧化还原稳态。

【参考文献】