论文部分内容阅读
雄激素及雄激素受体（androgen receptor,AR）除了在促进和维持男性性征、肌肉质量力量发展及骨代谢稳态等过程中发挥重要作用外,近年来越来越多的文献报道了它们还参与对机体糖脂代谢的调控,如低雄激素/AR信号与肥胖及肥胖相关疾病糖脂代谢紊乱的发生发展密切相关。大量研究已证实运动能改善糖脂代谢、增加胰岛素敏感性,预防和治疗肥胖及肥胖相关疾病的发生发展。运动增加男性和雄性动物的血清睾酮和外周代谢组织,如骨骼肌、肝脏和脂肪组织的AR蛋白水平,这是运动改善雄性个体糖脂代谢、防治肥胖及肥胖相关疾病糖脂代谢紊乱的机制之一。但运动增加雄激素/AR水平后通过什么机制防治雄性的糖脂代谢紊乱,以及运动通过什么机制来增加雄性的雄激素/AR水平,目前均未被完全阐明。糖脂代谢调控因子和关键代谢酶在维持机体糖脂代谢平衡中发挥重要作用,它们的异常表达可导致糖脂代谢紊乱的发生。研究发现雄激素/AR能调控多种糖脂代谢调控因子和关键代谢酶的表达,例如过氧化物酶体增殖活化受体γ共激活因子1α（peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1 alpha,PGC-1α）、核转录因子叉头框蛋白1（Forkhead box protein O1,FOXO1）、FOXO1的靶基因—磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（phosphoenolpyruvate carboxy kinase,PEPCK）和硬脂酰辅酶A去饱和酶1（stearoyl-Co A desaturase-1,SCD1）等。其中,PGC-1α参与线粒体生物发生、脂肪分解和脂肪酸氧化;FOXO1在维持糖脂代谢稳态中发挥重要作用,且FOXO1主要通过调控其靶基因PEPCK（糖异生限速酶）来调节肝脏糖异生过程;SCD1是催化饱和脂肪酸向单不饱和脂肪酸转化的限速酶,与胰岛素抵抗密切相关。我们课题组前期的研究发现,雄激素/AR在运动改善肥胖雄性大鼠紊乱糖脂代谢的作用与FOXO1、PGC-1α和SCD1有关。但雄激素/AR在运动预防高脂膳食诱导的糖脂代谢紊乱中的作用,以及该作用是否通过上述糖脂代谢的调控因子和关键酶的介导实现,目前还鲜有报道。此外,运动通过什么方式来增加雄激素/AR的信号,从而改善糖脂代谢、防治肥胖及肥胖相关疾病的发生发展,目前还不明确。脂肪因子chemerin在脂肪形成、胰岛素信号转导、能量代谢、食欲、炎症和心血管功能等调节中发挥重要作用。动物实验和人体研究均表明chemerin的增加与肥胖及肥胖相关疾病糖脂代谢紊乱关系密切。运动可通过降低血清和组织的chemerin水平来改善肥胖及肥胖相关疾病糖脂代谢的紊乱,以及预防高脂膳食所致的糖脂代谢紊乱。有意思的是,近年来的研究发现chemerin可抑制雄激素的合成,且血清chemerin水平与男性生育力和生殖激素呈负相关。因此,我们推测在运动干预糖脂代谢性疾病过程中,运动可能通过降低高脂喂养雄性小鼠中chemerin的表达来增强雄激素/AR信号,进而引起下游糖脂代谢调控因子和代谢关键酶的变化,最终改善高脂膳食雄性小鼠糖脂代谢的紊乱。研究目的1.利用去势手术、AR拮抗剂和激动剂证实雄激素/AR在运动预防高脂膳食喂养的雄性小鼠糖脂代谢紊乱中的作用,并进一步研究该作用是否是通过调控AR下游的FOXO1、PEPCK、PGC-1α和SCD1实现的。2.利用chemerin敲除小鼠证实chemerin在调控糖脂代谢中的作用,以及代谢组学分析后,研究chemerin在运动增加高脂膳食喂养雄性小鼠雄激素/AR中的调控作用,以及chemerin的作用是否也是通过上述糖脂代谢调控因子和关键酶实现的。研究内容和方法:1.雄激素/AR在运动预防高脂膳食诱导雄性小鼠糖脂代谢紊乱中的作用,及其下游糖脂代谢调控因子和关键酶机制1)雄激素/AR及其下游糖脂代谢的调控因子和关键酶在运动预防高脂膳食雄性小鼠糖脂代谢紊乱中的表达变化动物分组:6周龄C57BL/6雄性小鼠分为普通膳食组（C,n=8）、高脂膳食组（HFD,n=8）和高脂膳食+运动组（HFD+EX,n=8）。HFD+EX组小鼠在高脂膳食2周后（小鼠体重和糖脂代谢并没有显著变化时）,进行6周有氧运动。检测小鼠进食量、体重、体成分、耐力和抓力、血脂四项、胰岛素敏感性（OGTT）、血清睾酮水平（ELISA）,肝脏和腓肠肌组织AR、FOXO1、PEPCK、PGC-1α和SCD1（Western blot）的表达变化。2)利用去势手术研究雄激素在运动预防高脂膳食雄性小鼠糖脂代谢紊乱中的作用,以及该作用是否与其下游糖脂代谢调控因子和关键酶有关动物分组:6周龄C57BL/6雄性小鼠全部进行高脂膳食喂养,分为对照组（Con,n=8）、运动组（EX,n=8）、去势组（CAS,n=8）和去势+运动组（CAS+EX,n=8）。EX组和CAS+EX组小鼠在高脂膳食2周后（小鼠体重和糖脂代谢并没有显著变化时）进行6周有氧运动。检测指标同上。3)利用AR拮抗剂研究AR在运动预防高脂膳食雄性小鼠糖脂代谢紊乱中的作用,以及AR作用是否与其下游糖脂代谢调控因子和关键酶有关通过小鼠颈部包埋缓释片（AR拮抗剂flutamide,F）来抑制雄性小鼠的AR生物学功能。6周龄雄性C57BL/6小鼠全部进行高脂膳食喂养,分为对照组（Con,n=8）、运动组（EX,n=8）、氟他胺组（F,n=8）和氟他胺+运动组（F+EX,n=8）。EX组和F+EX组小鼠在高脂膳食2周后（小鼠体重和糖脂代谢并没有显著变化时）进行6周有氧运动。检测指标同上。4)利用AR激动剂研究在雄激素缺乏状况下,激活AR是否可以预防高脂膳食小鼠糖脂代谢紊乱,以及AR的作用是否与其下游糖脂代谢调控因子和关键酶有关通过小鼠腹腔注射AR激动剂S4来激活AR生物学活性。6周龄雄性C57BL/6小鼠全部进行高脂膳食喂养,分为对照组（Con,n=8）、S4组（S4,n=8）、去势组（CAS,n=8）和去势+S4组（CAS+S4,n=8）。S4组和CAS+S4组小鼠在高脂膳食2周后（小鼠体重和糖脂代谢并没有显著变化时）补充S4,持续6周。检测指标同上。2.利用chemerin敲除小鼠研究chemerin在运动预防高脂膳食雄性小鼠糖脂代谢紊乱中的作用,以及chemerin对雄激素/AR的调控作用1)成功构建chemerin敲除小鼠后,研究chemerin在高脂膳食喂养的雄性小鼠糖脂代谢中的作用委托上海南方模式生物公司用cre-loxp方法成功构建chemerin敲除小鼠。将5周龄雄性flox小鼠和脂肪特异性chemerin敲除小鼠（adipo-chemerin（-/-））分别喂以5周的普通膳食和高脂膳食。检测血液糖脂代谢指标,以及通过非靶向代谢组学分析附睾脂肪组织代谢物的变化。2)在明确chemerin能调控AR下游的糖脂代谢调控因子和关键酶之后,研究chemerin对非运动和运动的高脂膳食小鼠雄激素/AR及其下游糖脂代谢调控因子和关键酶的调控作用8周龄雄性野生型（WT）和全身chemerin敲除（chemerin（-/-））小鼠分别进行为期38周的普通和高脂膳食干预。再随机分为安静组和运动组。运动组进行6周的有氧运动。运动结束后36h取材,检测小鼠血清糖脂代谢指标、血清睾酮水平,以及肝脏和腓肠肌组织中的chemerin、AR、FOXO1、PEPCK、PGC-1α和SCD1的蛋白水平。研究结果:1.雄激素/AR在运动预防高脂膳食诱导小鼠糖脂代谢紊乱中的作用及机制1.1雄激素/AR及其下游糖脂代谢调控因子和关键酶在有氧运动预防高脂膳食喂养的雄性小鼠糖脂代谢紊乱中的变化情况6周有氧运动降低HFD+EX组雄性小鼠血清TC、TG水平、OGTT曲线下面积显著降低,同时增加了高脂膳食雄性小鼠血清睾酮,以及肝脏和腓肠肌AR蛋白水平,并改变了肝脏和腓肠肌FOXO1、PGC-1α和SCD1的蛋白水平。1.2利用去势证实雄激素在运动预防高脂膳食小鼠糖脂代谢紊乱中的作用与Con组小鼠相比,CAS组小鼠的血清睾酮水平显著降低（雄激素水平低下）,其血清TG和OGTT曲线下面积显著增加。此外,运动预防高脂小鼠血脂异常和增加胰岛素敏感性的作用在CAS组被部分抑制,证实了雄激素在运动预防高脂膳食小鼠糖脂代谢紊乱中的作用。1.3利用AR拮抗剂和激动剂证实AR在运动预防高脂膳食雄性小鼠糖脂代谢紊乱中的作用1.3.1 AR拮抗剂氟他胺（F）对运动预防高脂膳食雄性小鼠糖脂代谢紊乱的影响与Con组相比,F组小鼠（AR作用受阻,但雄激素水平正常）的血清LDL水平和OGTT曲线下面积显著增加。与EX组相比,F+EX组小鼠TG和LDL水平显著增加。证实AR在运动预防高脂膳食小鼠糖脂代谢紊乱中的作用。1.3.2 AR激动剂S4对高脂膳食雄性小鼠糖脂代谢紊乱的影响在进一步的研究中,我们给正常和去势（雄激素水平低下）的高脂喂养雄性小鼠补充选择性雄激素受体激动剂S4,以证实AR在其中的作用、并研究雄激素低下时是否可通过激活AR来预防高脂喂养小鼠的糖脂代谢。结果发现,与Con组相比,S4组小鼠糖脂代谢明显改善（血清TC、TG和LDL和OGTT曲线下面积显著降低）;与CAS组小鼠相比,CAS+S4组小鼠血清TG、LDL和OGTT曲线下面积也显著降低。上述结果表明:（1）雄激素/AR信号在运动预防高脂膳食雄性小鼠糖脂代谢紊乱中发挥重要作用（2）对于雄激素低下的雄性小鼠,激活AR也可以预防高脂膳食诱导的糖脂代谢紊乱。1.4雄激素/AR在运动预防高脂膳食雄性小鼠糖脂代谢紊乱的作用的机制1.4.1去势对高脂膳食喂养的雄性小鼠糖脂代谢调控因子和关键酶的影响与Con组小鼠相比,CAS组小鼠肝脏和腓肠肌FOXO1、SCD1的蛋白水平显著增加、PGC-1α表达水平显著降低;但CAS+EX组小鼠与CAS组小鼠相比,肝脏和腓肠肌FOXO1、SCD1和PGC-1α的蛋白水平没有显著变化（仅有变化趋势）。1.4.2 AR拮抗剂F和激动剂S4对高脂膳食雄性小鼠糖脂代谢调控因子和关键酶的影响与Con组小鼠相比,F组小鼠肝脏和腓肠肌FOXO1、SCD1的蛋白水平显著增加、PGC-1α表达水平显著降低,而S4组小鼠的变化与F组的正好相反（肝脏和腓肠肌FOXO1、SCD1的蛋白水平显著降低、PGC-1α表达水平显著增加）。与CAS组小鼠相比,CAS+S4组小鼠肝脏和腓肠肌FOXO1、SCD1的蛋白水平显著降低、PGC-1α表达水平显著增加。此外,与F组小鼠相比,F+EX组小鼠肝脏和腓肠肌FOXO1、SCD1和PGC-1α的蛋白没有显著变化（仅有变化趋势）。上述结果表明:（1）雄激素/AR在预防高脂膳食喂养的雄性小鼠糖脂代谢紊乱中的作用至少部分是通过调控肝脏和腓肠肌FOXO1、SCD1和PGC-1α的蛋白水平实现。（2）雄激素/AR在运动预防高脂膳食喂养的雄性小鼠糖脂代谢的作用机制也与肝脏和腓肠肌FOXO1、SCD1和PGC-1α的蛋白水平改变有关。2.Chemerin可调控雄激素/AR水平,以及该调控在运动增加高脂喂养雄性小鼠的雄激素/AR水平中的作用及意义2.1 Chemerin敲除改善高脂膳食喂养的雄性小鼠糖脂代谢,及其代谢组学分析高脂喂养下,脂肪特异性chemerin敲除的雄性小鼠的糖脂代谢异常明显改善,表现为与flox小鼠相比,adipo-chemerin（-/-）小鼠血清TC、LDL和insulin水平明显降低、胰岛素敏感性明显增加。通过非靶向代谢组学分析,发现脂肪特异性chemerin敲除的雄性小鼠的附睾脂肪组织中有28种代谢物水平明显增加,且这些差异代谢物主要与精氨酸和脯氨酸代谢、苯丙氨酸代谢以及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成途径有关。2.2 Chemerin敲除增加非运动和运动的高脂喂养雄性小鼠的雄激素/AR水平,并改变糖脂代谢调控因子和关键酶的水平2.2.1非运动情况下,chemerin敲除增加高脂喂养雄性小鼠的雄激素/AR水平、并改变糖脂代谢调控因子和关键酶水平高脂膳食喂养下,与雄性WT组小鼠相比,雄性chemerin（-/-）小鼠的血清睾酮和腓肠肌AR蛋白水平显著增加,而腓肠肌FOXO1和SCD1蛋白水平明显降低、PGC-1α蛋白水平明显增加;与此同时,血脂改善（血清TG明显减少,HDL明显增加）。上述结果表明chemerin敲除能调控雄激素/AR水平、进而改善高脂喂养小鼠的血脂水平。2.2.2运动训练下,运动增加雄激素/AR水平、调控糖脂代谢调控因子和关键酶的作用可能也与chemerin的减少有关伴随着运动改善高脂膳食喂养的雄性小鼠的血脂异常（与WT组小鼠相比,WT+EX组小鼠血清TC、TG和LDL水平明显降低）,运动显著降低其血清chemerin水平,增加血清睾酮水平和腓肠肌AR水平、并调控腓肠肌组织糖脂代谢调控因子和关键酶的表达（FOXO1和SCD1显著降低、PGC-1α显著增加）。以上结果提示,运动很可能通过降低chemerin来增加雄激素/AR,进而调控糖脂代谢调控因子和关键酶,从而发挥改善高脂喂养雄性小鼠的糖脂代谢的作用。结论:1.利用去势、AR拮抗剂和激动剂证实了雄激素/AR的增加和激活在运动预防高脂膳食喂养的雄性小鼠糖脂代谢紊乱中发挥重要作用。2.增加和激活的雄激素/AR在预防高脂喂养雄性小鼠糖脂代谢紊乱中的作用是通过调控FOXO1、PGC-1α和SCD1水平实现的;不仅如此,雄激素/AR在运动预防高脂喂养雄性小鼠糖脂代谢紊乱的作用,也是通过类似机制实现。3.Chemerin敲除能上调雄激素/AR水平、并调控AR下游的糖脂代谢调控因子和代谢关键酶,以及改善高脂喂养雄性小鼠的血脂水平。4.运动可能通过降低chemerin来增加雄激素/AR,进而调控糖脂代谢调控因子和关键酶,从而发挥改善高脂喂养雄性小鼠糖脂代谢的作用。