锌是动物必需微量元素之一,具有重要的生理功能和营养作用。生物体缺锌与必需脂肪酸缺乏表现出相似的临床症状,而且缺锌加剧必需脂肪酸缺乏症状,说明锌在脂肪酸代谢中起着重要的调节作用,但目前其分子机理尚未阐明。本文系统研究了日粮缺锌与高锌对SD大鼠生长发育及肝脏基因表达谱的影响,发现日粮锌可影响硬脂酰辅酶A去饱和酶(stearoyl-CoA desaturase-1, SCD-1)及其转录调控因子的基因表达；并进一步通过短期锌注射试验,检测了血清脂蛋白、甘油三酯、胆固醇、血浆激素、肝脏和血浆脂肪酸组成、SCD-1及其相关转录调控因子的mRNA水平,探讨了锌对硬脂酰去辅酶A去饱和酶的转录调控机理；利用原代肝细胞培养技术,明确了锌对SCD-1的转录调控途径。主要研究内容和结果如下：1.锌对SD大鼠生长性能与体内锌水平的影响选用体重为90±5 g雄性SD大鼠100只,经3天适应性喂养后随机分为4组,分别为缺锌组(zinc deficiency, ZD,3.20mg/kg)、配饲组(paired-fed, PF,对照组Ⅰ)、正常锌组(zinc adequacy, ZA,46.39 mg/kg,对照组Ⅱ)和高锌组(zinc overdose, ZO,234.39 mg/kg)。每组25只大鼠,分笼饲养,每笼5只,于屏障系统中饲养5周,每天记录采食量(每笼),每周称重(单只)一次。饲养结束后,屠宰并解剖取样分析。结果表明,①饲喂缺锌日粮的大鼠表现出典型的缺锌症状,即精神萎靡、活动量减少、食欲不振、毛发紊乱无光泽、角质化严重甚至脱毛等症状,与配饲组相比体格明显瘦小；而饲喂高锌日粮的大鼠精神状况良好,采食行为正常,毛发柔顺光亮,且个体大于正常组。②与PF组相比,ZD组大鼠的体重、器官重量、体内锌水平和碱性磷酸酶(Alkaline phosphatate.ALP)活性均显著(P<0.05)降低；与ZA组相比,ZO组大鼠的体重、器官重量、锌水平和ALP活性均显著(P<0.05)增加。2.锌对肝脏基因表达谱的影响采用表达谱基因芯片技术,发现了缺锌和高锌均能影响SD大鼠肝脏基因表达谱。对芯片中差异表达基因进行聚类分析表明,缺锌组中有68个基因的表达水平发生了显著变化,高锌组有76个基因发生了显著差异表达。这些差异表达基因的产物参与机体脂肪代谢、氮代谢、碳水化合物代谢、离子转运、DNA转录与翻译、免疫和信号转导等功能。进一步筛选发现,低锌使SCD-1 mRNA水平显著降低,而高锌并未使之发生显著改变；缺锌使过氧化物酶体活化受体α(peroxisome proliferator activated receptor a, PPARa)和甲状腺激素受体(thyroid receptorβ, TRβ) mRNA水平显著下调,而高锌使二者mRNA水平均上调。3.锌调控脂肪酸组成和SCD-1转录的机理以注射氯化锂作为不良反应的阳性对照,研究了SD大鼠对腹腔注射锌的适应性反应,确定了不会引起动物产生不良反应的注射剂量,从而排除了因不良反应而影响机体正常生理功能的可能性。通过饲喂缺锌(3.30 mg／kg)和正常锌(38.89 mg／kg)日粮建立了两种内源锌水平不同的大鼠模型。在此基础上,试验设2个因子,其中因子A为注射锌：设4个水平,其单位活体重注射浓度分别为0、0.5、1.0和2.0μg/g,分别以A(0)、A(0.5)、A(1.0)和A(2.0)表示；因子B为大鼠模型,分别为大鼠体内正常锌和缺锌2个水平,分别以ZA和ZD表示。试验共计8个处理,每个处理设5个重复。研究了注射锌和内源锌对SD大鼠血清脂蛋白、总胆固醇、血糖、血浆激素、肝脏与血浆脂肪酸组成、SCD-1及其转录调控因子基因表达的影响,并分析了各个指标之间的相关性。主要结果如下：3.1大鼠对腹腔注射锌的适应性反应与纯净水消耗量相比,注射LiCl (150μg/g)组的大鼠对0.1%糖精水消耗量显著减少(P<0.05),显示出不良反应：注射Zn (1.0μg/g)和Zn (2.0μg/g)组的大鼠对0.1%糖精水的消耗量与注射生理盐水组差异均不显著(P>0.05),而注射Zn(3.0μg/g)组大鼠出现严重的不适反应甚至死亡,这表明注射剂量为2.0μg/g及以下水平的Zn均不会使大鼠产生不良反应。3.2缺锌和正常锌大鼠模型的建立饲喂缺锌日粮的大鼠表现出缺锌的典型症状。缺锌组的血清、肝脏、股骨和骨骼肌锌水平较正常锌组分别降低27.43%、15.39%、31.15%和27.30%(P<0.05)。正常组大鼠毛发有光泽、采食和其他行为能力都正常。结果表明,已成功构建了缺锌和正常锌两种内源锌水平不同的大鼠模型。3.3注射锌(A因子)的效应：以A(0)组为对照组(1)锌对血清脂蛋白、总胆固醇和血糖等指标的影响：注射锌使ZA模型大鼠高密度脂蛋白(high density lipoprotein, HDL)和总胆固醇(total cholesterol, TC)与ZD模型中的葡萄糖(glucose, Glu)水平均显著提高(P<0.05),而使肝脏游离脂肪酸(free fatty acid, FFA)水平明显降低(P<0.05)；注射剂量为2.0μg/g时,ZA模型中低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)和血糖与ZD模型中甘油三酯(triglyceride,TG)浓度均显著提高(P<0.05)。(2)锌对血浆激素的影响：在ZA模型下,注射锌使血浆胰岛素(immunoreactive insulin, IRI)和胰高血糖素(pancreatic glucagon, PG)水平显著上升(P<0.05),而使T4和leptin水平显著降低(P<0.05)；在ZD模型中,腹腔注射锌增加IRI、T3、T4和leptin水平(P<0.05),但减少PG水平(P<0.05)。(3)锌对肝脏脂肪酸组成的影响：在ZA模型中,A(0.5)组的C16：0与C18：1含量和C18：1／C18：0比值显著降低(P<0.05), C16:1含量和C16:1/C16:0比值则显著升高(P<0.05); A(1)和A(2)中C16:0、C16:1、C18:0含量和C16:1/C16:0比值均显著提高(P<0.05),而C18：1含量和C18:1/C18:0比值则显著降低(P<0.05)。在ZD模型中,A(0.5)和A(1)组的C16:0、C16:1和C18：0含量均显著升高(P<0.05), C18:1含量和C18:1/C18:0比值则显著降低(P<0.05); A(2)中C18：0和C18：1含量与C18:1/C18:0比值都显著降低(P<0.05)。(4)锌对血浆脂肪酸组成的影响：在ZA模型中,A(0.5)组的C16:0、C18:0与C18：1脂肪酸含量显著降低(P<0.05),而C16:1/C16:0比值显著升高(P<0.05)；A(1)和A(2)组中C16：0与C18：0脂肪酸含量均显著降低(P<0.05), C16:1/C16:0和C18:1/C18:0比值则明显升高；此外,A(2)组的C16：1含量显著升高。在ZD模型中,除了C18：1／C18：0比值无明显变化外,A(0.5)组其他五个指标均显著降低(P<0.05)；注射剂量为1.0μg/g使血浆脂肪酸组成(除C18：0含量不变之外)均显著降低(P<0.05)：A(2)组中C16：1与C18：1含量和C16:1/C16:0与C18:1/C8:0比值均显著降低(P<0.05),而C18：0脂肪酸含量则显著增加(P<0.05)。(5)锌对肝脏硬脂酰辅酶A去饱和酶及其调控因子mRNA水平的影响：在ZA模型中,注射锌均可使肝脏硬脂酰辅酶A去饱和酶-1和固醇调节元件结合蛋白-1c (sterol regulatory element-binding protein-1c, SREBP-1c) mRNA水平显著增加(P<0.05)；同时,注射剂量为1.0和2.0μg／g还可使PPARa mRNA水平显著增加(P<0.05),而TRp mRNA水平在注射剂量为0.5和2.0μg/g时也有显著增加(P<0.05)。在ZD模型下,注射剂量为2.0μg／g均可使SCD-1 mRNA水平显著增加(P<0.05)；注射剂量为1.0和2.0μg／g均可使PPARa和SREBP-1c mRNA水平显著增加(P<0.05)；注射剂量为0.5μg／g使TRp mRNA水平显著降低(P<0.05)。3.4体内缺锌和正常锌模型效应：以ZA组为对照组,内源缺锌使LDL、HDL、TG、TC、肝脏FFA、IRI、T3和T4水平均显著降低(P<0.05),但对PG和leptin水平均无明显影响(P>0.05)；同时,内源缺锌还显著降低肝脏中C16：1含量和C16:1/C16:0比值与血浆中C18：0和C18：1含量(P<0.05),增加肝脏C18：1含量(P<0.05)；缺锌大鼠中SCD-1和TRp mRNA水平均显著降低(P<0.05)。3.5相关性分析：(1)肝脏脂肪酸组成与生化指标之间的相关性分析：C16：0含量只与T3呈正相关(P<0.05); C16:1含量分别与LDL、HDL、TC、PG、T3、IRI和Leptin呈正相关(P<0.05); C16:1/C16:0比值与LDL、HDL、TC、TG、PG、T3、IRI和Leptin都呈正相关(P<0.05); C18:0含量只与HDL呈正相关(P<0.05); C18:1脂肪酸与LDL、HDL、TC、PG、IRI和Leptin均呈负相关(P<0.05);C18:1/C18:0比值与LDL、HDL、TC和IRI呈负相关(P<0.05)。(2)肝脏脂肪酸组成与SCD-1及其调控因子表达水平之间的相关性分析：SCD-1 mRNA水平与C16：1和C16:1/C16:0比值呈正相关(P<0.05),而与C18：1和C18:1/C18:0比值呈负相关(P<0.05); PPARa mRNA水平与肝脏脂肪酸组成均无相关性(P>0.05); TRp与C16：0和C18：1含量呈负相关(P<0.05),但是与C16:1/C16:0比值呈正相关(P<0.05); SREBP-1c mRNA水平与C18：1和C18:1/C18:0比值呈负相关(P<0.05),而与C16:1/C16:0比值呈正相关(P<0.05)。(3)血浆脂肪酸组成与生化指标之间的相关性分析：TG与C18：1呈负相关(P<0.05),与C18:1/C18:0比值呈正相关(P<0.05)；T3与C16:1/C16:0比值呈负相关(P<0.05),与C18：0含量呈正相关(P<0.05); T4与C16：1含、C16:1/C16:0和C18:1/C18:0比值呈负相关(P<0.05),与C18：0含量呈正相关(P<0.05)；IRI与C16:0、C18:0含量和C16:1/C16:0比值呈负相关(P<0.05); leptin与C18：0含量呈正相关(P<0.05),而与C18:1/C18:0比值呈负相关(P<0.05)。(4)血浆脂肪酸组成与SCD-1及其调控因子表达水平之间的相关性分析：C16：1含量与肝脏SCD-1和SREBP-1c mRNA水平呈正相关(P<0.05);C18:1含量与TRp mRNA水平呈负相关(P<0.05); C18:1/C18:0比值与SCD-1和SREBP-1c mRNA水平呈负相关(P<0.05)。(5)激素与SCD-1及其调控因子表达水平之间的相关性分析：SCD-1 mRNA水平与PG. IRI、T3和T4呈正相关(P<0.05); TRp mRNA水平与PG和T3呈正相关(P<0.05)；SREBP-1c则只与IRI呈正相关(P<0.05)。4.锌调控原代肝细胞中SCD-1转录的机理以缺锌大鼠的原代肝细胞为材料,发现400μM二乙烯三胺五乙酸(Diethylene triamine pentoacetic acid, DTPA)使SREBP-1c mRNA水平显著降低(P<0.05),而PPARa mRNA水平明显上调(P<0.05)；DTPA浓度为600μM时,SCD-1、TRp. SREBP-1c和PPARa mRNA水平均显著降低(P<0.05)。以正常锌大鼠的原代肝细胞为材料,发现锌(培养液中浓度为10、50和100μM)均使SREBP-1c mRNA水平明显升高(P<0.05)；除锌浓度为100μM组外,其他锌水平均使SCD-1和TRβmRNA水平显著升高(P<0.05)；其中锌浓度为50μM时,SCD-1基因表达水平为最高。相关性分析发现,SCD-1 mRNA水平分别与TRβ和SREBP-1c转录丰度呈正相关(P<0.05)。