脂质吸收的节律性调控及干预技术
发布时间：2020-08-05 20:31
【摘要】：肥胖已经成为包括中国在内的世界范围的一个主要公共健康问题。据世界卫生组织(The World Health Organization,WHO)最新健康观测的数据统计,全球超过19亿的成年人体重超标,而其中超过6亿的人是肥胖。大量的研究证明肥胖与2型糖尿病、心血管疾病、睡眠障碍和癌症等多种代谢疾病密切相关。虽然流行病学研究提示轮班工作、夜食综合征(Night-eating syndrome,NES)以及社会压力等造成的饮食时间的改变以及生物节律的紊乱促进肥胖形成,但是摄食时间的选择和肥胖风险的分子联系,以及与生物钟系统的关联仍然不清楚,也缺少有效的防治肥胖形成的手段。所以研究摄食时间、生物节律与肥胖形成的关系不仅有重要的基础意义,而且对开发新型的防治肥胖等代谢疾病的食品和医药有指导意义。本研究首先采用活体核磁共振技术,发现小鼠小肠对脂质的吸收呈昼夜节律变化,表现为夜间比白天对脂质吸收有较高的效率,而这种脂吸收的节律受生物钟基因Period1(Per1)特异性地调控。通过Per1基因敲除小鼠和野生型小鼠(WT)在高脂喂养下的不同表型的比较,证明Per1缺失减少了脂肪的吸收和累积,体重和体脂含量较WT小鼠显著地减少,肝脂和血脂的含量也显著性的下降,肝组织与附睾脂肪的病理切片也显示脂肪积累减少。研究发现Per1介导ATP依赖的脂肪酸(fatty acids,FAs)昼夜转运过程。实验证明Per1缺失引起组织活性氧(reactive oxygen species,ROS)去除效率降低,导致脂质氧化产生的大量ROS积累,使线粒体嵴的形态变形,ATP合成能力的下降。脂质氧化的ROS清除主要由谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase,GPX)完成。进一步的实验证明,PER1与增强子结合蛋白(CCAAT/enhaneer binding proteinδ,C/EBPδ)协同抑制泛素化因子F框/WD40域蛋白基因(F-box and WD repeat the domain,Fbxw7 的转录,介导雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)磷酸化水平的昼夜节律变化,而p-mTOR能直接结合GPX1并增强GPX酶活性。这些结果表明,Per1通过影响线粒体嵴的形态的变化,改变线粒体功能参与脂质吸收的昼夜节律。应激能导致Per1表达的增强,增强线粒体的清除脂质氧化产生ROS的能力,从而增强FFA的运输,导致脂质的过度吸收和积累,增加肥胖的风险。在大鼠的高脂喂养模型中,发现添加水溶性的β-葡聚糖Salecan能有效的防止高脂饮食诱导的肥胖发生。实验证明3%Salecan添加能显著地降低高脂饮食引起大鼠体重、体脂、血脂以及肝脂的增加。通过对血清以及肝脏提取物的代谢组学分析,发现Salecan处理能显著改善高脂饮食引起的代谢物变化并使代谢恢复正常化。荧光定量PCR(Quantitative Real-time PCR,QRT-PCR)的结果表明,Salecan处理显著抑制肝脏核转录因子Srebp1c及其下游基因Fasn、Acc1和Scd1表达,从而抑制脂肪酸的从头合成;同时还会抑制Gpat1、Dgat1和Dgat2的基因表达,从而抑制TG合成;Salecan激活Ppara及其靶基因Cpt1a基因表达,从而提高脂肪酸的β-氧化;Salecan显著地提高Cyp7a1的表达,说明Salecan还可能增加肝脏中胆固醇的分解。因此,Salecan在食物中的添加可能是预防肥胖以及肥胖引起的代谢综合征的有效手段。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R589.2
【图文】：
枢黑皮质素信号系统变成了一个复杂的信号系统。该信号通路的机制如下：黑皮质素逡逑（ｆｖ４Ｃ）主要表达在垂体和下丘脑弓状核，然后通过交感神经系统（ｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃｎｅｒｖｏｕｓ逡逑ｓｙｓｔｅｍ，邋ＳＮＳ）释放到血液［４５］。该通路主要通过两种信号方式参与调控（图１．２）。逡逑ＬＰ信号通路：在这个特殊的信号中，ＬＰ经白色脂肪分泌进入血液，穿过血脑屏障逡逑后，特定的结合到下丘脑弓状核的瘦素受体。ＬＰ在下丘脑中作用的神经机制主要有两逡逑条途径：一方面通过增强邋ＰＯＭＣ／ＣＡＲＴ邋（ｃｏｃａｉｎｅ邋ａｎｄ邋ａｍｐｈｅｔａｍｉｎｅ邋ｒｅｇｕｌａｔｅｄ邋ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｓ）系逡逑统调控ｏｕ邋ｐ和ｙ－ＭｅｔＳＨ的受体系统抑制摄食［６２＿６３］。其具体机制是ＰＯＭＣ／ＣＡＲＴ经激素逡逑原转化酶１／２邋（ｐｒｏｈｏｒｍｏｎｅ邋ｃｏｎｖｅｒｔａｓｅｌ／２，邋ＰＣ１／２）转录后加工处理成神经多肽［４２］。ＰＣ１逡逑自己本身就能够生产ＡＣＴＨ，而ａ、Ｐ和ｙ－ＭＳＨ需要ＰＣ１／２邋—同作用产生。ＰＯＭＣ衍生逡逑的ａ、Ｐ和Ｙ－ＭＳＨ能够激活ＭＣＲｓ信号通路。大量研宄表明：激活的ＭＣ３Ｒ与ＭＣ４Ｒ逡逑５逡逑
逦脂质吸收的节律性调控及干预技术逡逑转移活化能力来反馈抑制Ｐｅｒ和Ｏｙ基因的转录（图１．４）。抑制复合物最终被降解或分逡逑解，ＣＬＯＣＫ／ＢＭＡＬ１复合物被激活后转录重新开始［１１７，１２（），１２１］。另外（：１＾０（：１＾８”八１＾二逡逑聚体可以转移并激活和／基因的转录，而其蛋白产物ＲＥＶ－ＥＲＢＡ／ＲＯＲＡ通逡逑过竞争性的结合的启动子元件来驱动的周期节律性表达ｆ１２２，１２３］，逡逑ＣＬ０ＣＫ／ＢＭＡＬ１二聚体就通过这样的转录正／负反馈机制调节着生物钟节律的振荡。此逡逑夕卜，翻译后修饰比如蛋白磷酸化、核易位、降解对于振荡周期的调控也十分重要，如逡逑ＣＫＩ邋（ｃａｓｅｉｎｋｉｎａ－ｓｅｓ）对ＰＥＲ蛋白的入核、亚细胞定位起到十分重要的调控作用［１２４］。由逡逑上述“转录－翻译”反馈环输出节律并通过下游基因的Ｅ－ｂｏｘ，使下游基因发生昼夜节律逡逑性的振荡，进而直接在生理水平上表现出昼夜节律或作用于其他基因并使其发生昼夜节逡逑律性的表达。这些基因涉及代谢、转录、翻译、免疫、蛋白折叠、细胞死亡、凋亡、离逡逑子转运和信号传导等，提示细胞和机体内的所有生理生化时间均可能受昼夜节律生物钟逡逑的影响［１２５］。逡逑ｊＴ逦．．逦Ｃｙｔｏｐｌａｓｍ逡逑／邋＼逡逑ｆ逦Ｖ邋、＇、逦］逡逑Ｎｕｄｔｕｓ＾＾逡逑、、、逡逑Ｉ逦－广丨一ＥＳＳ＇逡逑＾邋￣ＨＥ３３ｈ￣邋Ｅ－ｂ0ｘ逦ｉ逡逑＼逦￣逦—邋Ｅ－ｂｏｘ邋—／逡逑、入／？逡逑ｖ逦－Ｂｓａ？咖Ｅ咖逦00逦＼逡逑＼、、ｖｎ
生物钟为了有效的控制细胞代谢，就必须通过一种方法使其确定细胞的能量状态。逡逑这就需要通过去乙酰化酶１邋（Ｓｉｒｔｕｉｎ邋１，邋ＳＩＲＴ１）和腺苷酸活化蛋白激酶（ＡＭＰ－ａｃｔｉｖａｔｅｄ逡逑ｐｒｏｔｅｉｎ邋ｋｉｎａｓｅ，ＡＭＰＫ）与生物钟之间的联合作用（图１．７）。逡逑ＳＩＲＴ１：邋ＳＩＲＴ１在代谢中所扮演的角色已有了充分地研宄［１６４］。ＳＩＲＴ１作为一种去乙逡逑酰化酶在代谢中起到了重要的作用，其主要通过对一些参与代谢途径的蛋白质的去乙酰逡逑化以及通过组蛋白去乙酰化调控基因的表达来实现的。ＳＩＲＴ１的酶活性是ＮＡＤ＋依赖性逡逑的［１６５］。由于ＮＡＤ＋／ＮＡＤＨ比率是一个细胞能量状态体现的直接标准，ＳＩＲＴＴ的ＮＡＤ＋逡逑依赖性直接关联着细胞能量代谢以及目标蛋白的去乙酰化。最近，两个独立的研宄表明逡逑ＳＩＲＴ１将是一个重要的生物钟调控子［１６６，１６７】。当Ａｓｈｅｒ等［１６７］观察了邋ＳＩＲＴ１蛋白水平的振逡逑荡，Ｎａｋａｈａｔａ等证明了邋ＳＩＲＴ１的活性而不是其转录水平呈节律性振荡［１６６］。节律性振荡逡逑的ＮＡＤ＋水平后来被证实可以驱动ＳＩＲＴ１节律性的活动［１６８］。ＳＩＲＴ１通过对组蛋白（节律逡逑基因启动子上的组蛋白Ｈ３Ｌｙｓ９和Ｌｙｓｌ４）和非组蛋白（ＢＭＡＬ１和ＰＥＲ２）的去乙酰化逡逑来调控昼夜节律。ＣＬＯＣＫ－ＢＭＡＬ１复合物与ＳＩＲＴ１之间相互作用，并使得其重新绑定逡逑到节律基因启动子上。值得一提的是在肝脏特异性的ＳＩＲＴ１突变小鼠中，钟基因表达和逡逑１８逡逑
本文编号：2781836
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R589.2
【图文】：
枢黑皮质素信号系统变成了一个复杂的信号系统。该信号通路的机制如下：黑皮质素逡逑（ｆｖ４Ｃ）主要表达在垂体和下丘脑弓状核，然后通过交感神经系统（ｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃｎｅｒｖｏｕｓ逡逑ｓｙｓｔｅｍ，邋ＳＮＳ）释放到血液［４５］。该通路主要通过两种信号方式参与调控（图１．２）。逡逑ＬＰ信号通路：在这个特殊的信号中，ＬＰ经白色脂肪分泌进入血液，穿过血脑屏障逡逑后，特定的结合到下丘脑弓状核的瘦素受体。ＬＰ在下丘脑中作用的神经机制主要有两逡逑条途径：一方面通过增强邋ＰＯＭＣ／ＣＡＲＴ邋（ｃｏｃａｉｎｅ邋ａｎｄ邋ａｍｐｈｅｔａｍｉｎｅ邋ｒｅｇｕｌａｔｅｄ邋ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｓ）系逡逑统调控ｏｕ邋ｐ和ｙ－ＭｅｔＳＨ的受体系统抑制摄食［６２＿６３］。其具体机制是ＰＯＭＣ／ＣＡＲＴ经激素逡逑原转化酶１／２邋（ｐｒｏｈｏｒｍｏｎｅ邋ｃｏｎｖｅｒｔａｓｅｌ／２，邋ＰＣ１／２）转录后加工处理成神经多肽［４２］。ＰＣ１逡逑自己本身就能够生产ＡＣＴＨ，而ａ、Ｐ和ｙ－ＭＳＨ需要ＰＣ１／２邋—同作用产生。ＰＯＭＣ衍生逡逑的ａ、Ｐ和Ｙ－ＭＳＨ能够激活ＭＣＲｓ信号通路。大量研宄表明：激活的ＭＣ３Ｒ与ＭＣ４Ｒ逡逑５逡逑
逦脂质吸收的节律性调控及干预技术逡逑转移活化能力来反馈抑制Ｐｅｒ和Ｏｙ基因的转录（图１．４）。抑制复合物最终被降解或分逡逑解，ＣＬＯＣＫ／ＢＭＡＬ１复合物被激活后转录重新开始［１１７，１２（），１２１］。另外（：１＾０（：１＾８”八１＾二逡逑聚体可以转移并激活和／基因的转录，而其蛋白产物ＲＥＶ－ＥＲＢＡ／ＲＯＲＡ通逡逑过竞争性的结合的启动子元件来驱动的周期节律性表达ｆ１２２，１２３］，逡逑ＣＬ０ＣＫ／ＢＭＡＬ１二聚体就通过这样的转录正／负反馈机制调节着生物钟节律的振荡。此逡逑夕卜，翻译后修饰比如蛋白磷酸化、核易位、降解对于振荡周期的调控也十分重要，如逡逑ＣＫＩ邋（ｃａｓｅｉｎｋｉｎａ－ｓｅｓ）对ＰＥＲ蛋白的入核、亚细胞定位起到十分重要的调控作用［１２４］。由逡逑上述“转录－翻译”反馈环输出节律并通过下游基因的Ｅ－ｂｏｘ，使下游基因发生昼夜节律逡逑性的振荡，进而直接在生理水平上表现出昼夜节律或作用于其他基因并使其发生昼夜节逡逑律性的表达。这些基因涉及代谢、转录、翻译、免疫、蛋白折叠、细胞死亡、凋亡、离逡逑子转运和信号传导等，提示细胞和机体内的所有生理生化时间均可能受昼夜节律生物钟逡逑的影响［１２５］。逡逑ｊＴ逦．．逦Ｃｙｔｏｐｌａｓｍ逡逑／邋＼逡逑ｆ逦Ｖ邋、＇、逦］逡逑Ｎｕｄｔｕｓ＾＾逡逑、、、逡逑Ｉ逦－广丨一ＥＳＳ＇逡逑＾邋￣ＨＥ３３ｈ￣邋Ｅ－ｂ0ｘ逦ｉ逡逑＼逦￣逦—邋Ｅ－ｂｏｘ邋—／逡逑、入／？逡逑ｖ逦－Ｂｓａ？咖Ｅ咖逦00逦＼逡逑＼、、ｖｎ
生物钟为了有效的控制细胞代谢，就必须通过一种方法使其确定细胞的能量状态。逡逑这就需要通过去乙酰化酶１邋（Ｓｉｒｔｕｉｎ邋１，邋ＳＩＲＴ１）和腺苷酸活化蛋白激酶（ＡＭＰ－ａｃｔｉｖａｔｅｄ逡逑ｐｒｏｔｅｉｎ邋ｋｉｎａｓｅ，ＡＭＰＫ）与生物钟之间的联合作用（图１．７）。逡逑ＳＩＲＴ１：邋ＳＩＲＴ１在代谢中所扮演的角色已有了充分地研宄［１６４］。ＳＩＲＴ１作为一种去乙逡逑酰化酶在代谢中起到了重要的作用，其主要通过对一些参与代谢途径的蛋白质的去乙酰逡逑化以及通过组蛋白去乙酰化调控基因的表达来实现的。ＳＩＲＴ１的酶活性是ＮＡＤ＋依赖性逡逑的［１６５］。由于ＮＡＤ＋／ＮＡＤＨ比率是一个细胞能量状态体现的直接标准，ＳＩＲＴＴ的ＮＡＤ＋逡逑依赖性直接关联着细胞能量代谢以及目标蛋白的去乙酰化。最近，两个独立的研宄表明逡逑ＳＩＲＴ１将是一个重要的生物钟调控子［１６６，１６７】。当Ａｓｈｅｒ等［１６７］观察了邋ＳＩＲＴ１蛋白水平的振逡逑荡，Ｎａｋａｈａｔａ等证明了邋ＳＩＲＴ１的活性而不是其转录水平呈节律性振荡［１６６］。节律性振荡逡逑的ＮＡＤ＋水平后来被证实可以驱动ＳＩＲＴ１节律性的活动［１６８］。ＳＩＲＴ１通过对组蛋白（节律逡逑基因启动子上的组蛋白Ｈ３Ｌｙｓ９和Ｌｙｓｌ４）和非组蛋白（ＢＭＡＬ１和ＰＥＲ２）的去乙酰化逡逑来调控昼夜节律。ＣＬＯＣＫ－ＢＭＡＬ１复合物与ＳＩＲＴ１之间相互作用，并使得其重新绑定逡逑到节律基因启动子上。值得一提的是在肝脏特异性的ＳＩＲＴ１突变小鼠中，钟基因表达和逡逑１８逡逑
本文编号：2781836
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