据调查,近年来全世界肥胖的人口数目以每5年增长一倍的趋势日渐增多。美国体重超标者已占总人口的1/3左右,每年肥胖造成的直接和间接死亡人数已达30万。随着经济的发展和生活水平的提高,我国肥胖人口数目也在快速增多,肥胖导致的相关代谢综合征(糖尿病、高血压、高血脂等)患者也日益增多。代谢综合征又被称为胰岛素抵抗综合征,是新世纪严重危害人类健康的问题之一。葡萄糖不耐受、糖耐量异常、胰岛素抵抗、血浆甘油三酯升高,向心性肥胖等等都是代谢综合征的表现,代谢综合征患者一般较正常人肥胖。高热量、高脂饮食和静止的生活方式是引起肥胖的主要原因。调整膳食结构和加强运动是减肥的关键。表观遗传修饰变化主要受环境因素的影响,它的轻微变化可以改变代谢关键基因的表达量从而影响到整个代谢通路。从而将表观遗传学与后天环境造成的疾病联系了起来。肝脏是机体物质代谢的中枢,是加工和分配营养物质的中心,在稳定血糖、清除血氨和解毒方面具有重要作用。本课题以肥胖大鼠为模型,从肝脏糖代谢相关基因的表观遗传学调控入手,为代谢综合征的发生和糖尿病的分子生物学发生机制提供依据。在此基础上引入传统中药小檗碱的干预,拟从表观遗传学的角度来探明其治疗机制。方法和结果:一、不同饮食大鼠肝脏糖代谢相关基因的表观遗传学研究:1.大鼠模型的建立:正常饮食大鼠、高脂饮食肥胖大鼠和高脂饮食加小檗碱干预组的SD大鼠经一段时间喂养,测定各生理指标确定造模成功。各组大鼠空腹血糖均正常,但肥胖大鼠的空腹胰岛素水平最高,表明肥胖与胰岛素抵抗有一定关系。2.肝脏糖代谢相关基因的表达水平:肥胖大鼠肝脏糖代谢基因Gck,Glut2和L-PK表达水平较正常饮食大鼠降低,小檗碱处理组部分基因的表达水平有所上调。3.不同饮食大鼠肝脏糖代谢相关基因的表观遗传学研究:利用本实验室姜明红博士建立的DNA甲基化定量法,将大鼠肝脏DNA经亚硫酸氢酸处理后PCR扩增并直接测序,根据测序峰值图中“T”和“C”碱基的峰高计算CpG位点的甲基化程度。实验结果表明高脂饮食大鼠糖代谢基因LPK,Glut2基因的甲基化程度上升,小檗碱处理组的甲基化水平发生回落,且甲基化与基因表达量呈负相关关系。二、游离脂肪酸诱导的胰岛素抵抗肝细胞的表观遗传学研究大鼠肝脏BRL细胞系,人肝脏L02细胞系经游离脂肪酸诱导建立胰岛素抵抗肝细胞模型。在细胞水平上进一步研究表观遗传学与胰岛素抵抗之间的关系:1.胰岛素抵抗肝细胞模型的基因表达变化:浓度为0.1mM的PA诱导大鼠和人的正常肝细胞株24h后即成胰岛素抵抗细胞模型。葡萄糖消耗量也有显著差异。细胞中的LPK,Glut2,PFK等基因的表达量均有下降。2.胰岛素抵抗肝细胞模型的LPK启动子区甲基化程度的变化:PA诱导使LPK启动子区甲基化略有上调,小檗碱干预后甲基化水平又有下调。结论:肥胖是产生胰岛素抵抗的重要原因。本课题从表观遗传学,主要是从基因启动子区甲基化方面分析了发生胰岛素抵抗的分子生物学机制,发现了糖代谢关键基因LPK在肥胖大鼠中甲基化程度与基因表达呈负相关关系,影响了肝脏正常的糖代谢。高脂饮食,使得肝脏甘油三酯发生沉积,血清游离脂肪酸水平上升,引起一系列代谢综合征的症状。药物BBR能上调LPK的表达量,可能从去甲基化的角度改善胰岛素抵抗的症状。综上,本课题对肥胖动物和细胞模型的糖代谢基因甲基化机制进行了初步探索,同时引入了传统中药—小檗碱的干涉治疗,为肥胖及相关的代谢疾病的表观遗传学研究提供了新思路,同时也为从表观遗传学角度防治代谢征合征提供了新依据。