冷驯化及脱冷驯化条件下中缅树鼩(Tupaia belangeri)白色脂肪组织“褐变可塑性”的研究

来源 :云南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jerryzhang1805
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许多小型哺乳动物栖息于季节性变化的环境中,不同的动物有着不同的能量策略来应对冬季的冷胁迫,脂肪组织在动物的能量稳态调节过程中发挥着极为重要的作用。哺乳动物具有两种主要类型的脂肪组织:白色脂肪组织(white adipose tissue,WAT)和褐色脂肪组织(brown adipose tissue,BAT)。WAT中含有大的单房脂质液泡,以脂肪酸的形式储存化学能。而BAT的特征是多房脂质液泡形态、含有大量线粒体和高表达解偶联蛋白1(uncoupling protein 1,UCP1),通过燃烧脂质产生热量,是哺乳动物关键的产热部位,近几十年来一直被认为可以促进减肥。另一种类型的褐色脂肪样细胞偶见于被长期暴露于寒冷或β-肾上腺素能因子的刺激(所谓的米色或brite细胞)的成年动物的WAT中。这些可诱导的米色细胞具有经典的BAT的形态学和生化特征,包括多房脂滴和UCP1的表达,这个过程被称为WAT的褐变。在适应低温的过程中,白色脂肪细胞向米色细胞转化显著增加。米色脂肪细胞似乎与降低小鼠肥胖或预防糖尿病有关,且很多数据表明白色脂肪组织的褐变可能会降低肥胖。本研究以中缅树鼩(Tupaia belangeri)为研究对象,从基础生理学、影像学、形态学、流式细胞术、基因表达分别对冷驯化及复温下中缅树鼩的WAT变化进行研究,为栖息在季节性变化的环境中的小型哺乳动物提供一些理论依据。本研究主要分成以下四个部分:(1)冷驯化及复温对体重、摄食量和静止代谢率的影响:适应温度之前,与对照组相比,体重、摄食量、静止代谢率(rest metabolic rate,RMR)均不存在差异。在前4周,与对照组相比,用低温处理后的树鼩体重、摄食量、RMR均显著升高。复温后与对照组相比,实验组均显示出稳定的体重下降。在适应过程中实验组均存在差异,对照组在适应过程中差异不显著。中缅树鼩体重随着冷驯化的时间延长而增加,在冷驯化28天达到最高,而在复温过程中体重降低。体重的这些变化与RMR、食物的摄入以及其他生化指标的变化有关。低温环境刺激中缅树鼩能量消耗的增加,中缅树鼩通过增加整体体重、RMR来抵御寒冷,通过大量的食物摄入来弥补由于寒冷而导致的能量消耗,当恢复暖温后,不再需要过多的能量消耗,食物摄入降低,产热降低,中缅树鼩降低其体重来适应暖温环境。(2)冷驯化及复温下PET/CT扫描、WAT重和WAT形态学研究:用18F-FDG标记被麻醉后的中缅树鼩,然后对中缅树鼩腹部进行PET-CT扫描,观察中缅树鼩腹部吸收18F-FDG的分布概况,结果显示:在冷驯化28天中缅树鼩WAT平均吸收辐射最高,复温后平均吸收辐射降低并恢复到对照水平;HE染色切片显示:在冷驯化28天,WAT表现出越来越多的多室脂肪细胞,且较多细胞直径变小,它们含有一个大的中央脂滴,周围环绕着几个较小的脂滴,在复温28天后多室脂肪细胞逐渐消失,且较多白色脂肪细胞直径变大并出现较多单室脂肪细胞且基本恢复到初始水平;温度对中缅树鼩的WAT重有显著影响,低温诱导中缅树鼩的WAT重增加,复温后WAT重降低至对照组水平。结果表明:冷驯化诱导中缅树鼩腹部热量增加可能与WAT正在发生褐变有关,从形态学看在冷驯化下WAT表现出褐色脂肪的特征,表明冷驯化诱导WAT褐变。在褐变过程中树鼩可能需要增加WAT重来弥补由于适应低温而消耗的能量,复温后均恢复至对照水平反映出WAT褐变的可塑性。(3)冷驯化及复温下基因表达研究:采用Rt-qPCR法检测过氧化物酶体增殖受体α(PPARα)、过氧化物酶体增殖物受体γ共激活因子1α(PGC-1α)、环氧化酶-Ⅱ(COXⅡ)、骨形态发生蛋白-7(BMP7)、锌指蛋白(PRDM16)基因在树鼩WAT中的表达水平,结果显示:冷驯化诱导PPARα、PGC-1α、COXⅡ、BMP7、PRDM16基因表达显著增加,复温后这些基因表达均下降,至对照组水平。以上结果表明:冷驯化诱导白色脂肪组织发生褐变,产生米色细胞。当恢复至暖温后,不需要过多的能量消耗,因此白色脂肪细胞褐变相关的基因表达下降,米色细胞可能向白色细胞转化,表明WAT褐变具有可塑性。(4)冷驯化及复温下中缅树鼩WAT的流式分析:以荧光标记的UCP1和CD137抗体分别对中缅树鼩WAT进行标记,利用流式细胞术分选分析出对照组、冷驯化28天组、复温28天组阳性的白色脂肪细胞。结果发现:WAT中表达UCP1、CD137阳性的白色脂肪细胞百分数,在冷驯化28天组均显著高于对照组,而复温28天组均显著低于冷驯化28天组,恢复至对照组水平。表明:冷驯化诱导中缅树鼩WAT中表达UCP1、CD137的阳性细胞群增加,显示冷驯化能诱导中缅树鼩的WAT发生褐变;复温后表达UCP1、CD137阳性的白色脂肪细胞百分数恢复到对照水平,反映出WAT褐变对冷适应的可塑性。综上所述:从影像学、形态学、基因表达、流式细胞术水平上都依次证明了WAT褐变可能具有可塑性。低温刺激能量消耗的增加,树鼩在冷驯化下通过WAT褐变,产生米色细胞来增加产热从而应对冷胁迫,在冷适应过程中白色脂肪细胞可能向米色细胞转化;恢复暖温环境后,不再消耗过多的能量,米色脂肪细胞可能又转化为成熟的白色脂肪细胞。近年来大部分研究均发现增加BAT活性和促进WAT褐变都是对抗肥胖的策略,且日益成为治疗肥胖和相关疾病研究的一个关键领域。
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