熊果酸对肥胖小鼠白色脂肪米色化的影响及机制

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目的:随着物质生活水平提高,肥胖成为当今社会影响人民健康的重要因素之一。肥胖可以引起一系列代谢相关疾病,如糖尿病、高血压、高血脂等。研究发现,熊果酸(ursolic acid,UA)对肥胖及其相关代谢疾病有显著的抑制作用,但其具体分子机制仍然不清楚。本课题旨在建立高脂饮食诱导的小鼠肥胖模型,观察熊果酸处理对肥胖小鼠体重、脂肪量、糖代谢及白色脂肪米色化的影响及其具体发生机制。以期解析熊果酸抗肥胖的发生机制,探寻肥胖干预新靶标,探究白色脂肪米色化在肥胖发生中的作用。方法:雄性C57BL/6小鼠于5周龄喂食高脂饲料,13周龄肥胖模型造模成功,开始进行熊果酸灌胃(300mg/kg/d),持续至23周龄实验结束。实验过程中,每天测量小鼠摄食量,每周称量小鼠体重。21周龄进行腹腔注射糖耐量试验(intraperitoneal glucose tolerance test,IPGTT),22周龄进行胰岛素耐量试验(insulin tolerance test,ITT)。23周龄处死小鼠,收集血清、皮下和内脏脂肪组织、肌肉等,用于检测相关指标。称量附睾周围脂肪组织(epididymal white adipose tissue,e WAT)、腹股沟皮下脂肪组织(inguinal subcutaneous white adipose tissue,ig SWAT)和腓肠肌(gastrocnemius muscle,GM)重量;检测血脂水平,计算Castelli指数;油红O染色观察肌肉脂滴改变。使用实时荧光定量PCR检测脂肪组织中脂肪分化相关基因:过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor,PPARγ)、促脂肪分化基因固醇调节元件结合蛋白1c(sterol regulatory element binding proteins 1c,SREBP1c)、CCAAT/增强子结合蛋白α(CCAAT-enhancer-binding proteinsα,CEBP-α);脂肪合成基因:脂肪酸合成酶(fatty acid synthetase,FAS)和脂蛋白脂肪酶(lipoprotein lipase,LPL);脂肪分解基因:激素敏感性脂肪酶(hormone sensitive lipase,HSL)和脂肪甘油三酯脂酶(adipose triglyceride lipase,ATGL);米色脂肪细胞标志基因:4-1BB因子(CD137)、TBX1、跨膜蛋白26(transmembrane protein 26,TMEM26);棕色脂肪标志基因解偶联蛋白1(uncoupling protein 1,UCP1);鸢尾素合成通路相关基因:PR结构域家族的第16个成员(PR domain-containing 16,PRDM16)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助激活因子-1α(peroxisome proliferator-activated receptor gamma coactivator-1 alpha,PGC-1α)、纤连蛋白III型域蛋白5(fibronectin type3-domain containing protein 5);肌肉组织中鸢尾素合成通路相关基因及产热基因腺苷酸活化蛋白激酶α(Adenosine 5‘-monophosphate(AMP)-activated protein kinase,AMPK-α)的基因表达改变。结果:(1)体重、摄食、脂肪量和肌肉重:与普食对照组相比,高脂饮食组小鼠体重从6周龄开始显著增加(P<0.01),且此趋势一直维持至实验结束。三组小鼠摄食量均无显著改变。与高脂饮食组相比,熊果酸处理8~10周后,小鼠体重、体型、平均腹围、BMI、e WAT和ig SWAT重量、GM重量均显著下降(P<0.01,P<0.05);熊果酸处理组小鼠腹股沟皮下脂肪肉眼观偏米黄色。腓肠肌油红O染色发现,与普食对照组小鼠相比,高脂饮食组小鼠腓肠肌中有明显的脂滴,但熊果酸处理组中没有观察到脂滴。(2)血脂:与普食对照组相比,高脂饮食组小鼠血清总胆固醇显著升高(P<0.01);但熊果酸处理未改变高脂小鼠高血清胆固醇水平;(3)糖代谢:与高脂饮食组小鼠相比,熊果酸处理组小鼠空腹血糖显著下降(P<0.05);IPGTT实验结果显示,熊果酸处理组小鼠血糖浓度在60 min时间点显著降低(P<0.01),血糖-时间曲线下移,且血糖-时间曲线下面积(area under curve,AUC)显著降低(P<0.05);ITT实验结果也显示,熊果酸处理组小鼠血糖浓度在15 min时间点和120 min时间点有降低趋势(P=0.062,P=0.055),血糖-时间曲线下移,且AUC显著降低(P<0.05)。(4)脂肪组织分化与脂质代谢相关基因表达:与高脂饮食组相比,熊果酸处理组小鼠e WAT中SREBP1c、FAS表达显著降低(P<0.01,P<0.05);熊果酸处理组小鼠ig SWAT中PPARγ、SREBP1c、FAS和脂联素基因表达均显著降低(P<0.01,P<0.05),CEBP-α以及HSL和ATGL表达有降低趋势(P=0.064,P=0.058,P=0.060)。(5)脂肪组织米色标志基因表达:与高脂饮食组相比,熊果酸处理组小鼠ig SWAT中米色标志基因CD137、TBX1、TMEM26表达均显著升高(P<0.05,P<0.01)。(6)脂肪及肌肉组织中PRDM16—PGC-1α—FNDC5通路相关基因表达:与高脂饮食组相比,熊果酸处理组ig SWAT中PRDM16、PGC-1α表达均显著升高(P<0.01,P<0.05),人类纤连蛋白III型域蛋白5(fibronectin type 3-domain containing protein 5,FNDC5)表达有升高趋势(P=0.063);熊果酸处理组e WAT中PRDM16、PGC-1α、FNDC5基因表达均无变化;熊果酸处理组肌肉组织中PGC-1α,FNDC5和产热相关基因AMPK-α表达显著升高(P<0.05,P<0.01),PRDM16有上升趋势(P=0.055)。结论:灌胃熊果酸处理可引起高脂喂养肥胖小鼠皮下白色脂肪米色化,进而减轻高脂喂养小鼠脂肪量和体重,改善糖代谢异常。其可能机制为:一方面,熊果酸可增加肌肉组织中PRDM16和PGC-1α表达,两者协同促进FNDC5合成,增加鸢尾素分泌,鸢尾素通过肌肉-脂肪轴相互作用促进白色脂肪米色化。另一方面,熊果酸也可能直接调节ig SWAT中PRDM16—PGC-1α—FNDC5通路相关基因表达,促进鸢尾素分泌,诱导白色脂肪米色化。
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