哺乳期倒千里光碱暴露致大鼠成年子代脂肪肝的编程效应

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目的:吡咯里西啶生物碱(pyrrolizidine alkaloids,PAs)广泛分布于全世界3%的开花植物中,是一种具有肝毒性的天然成分。含PAs的中草药或被PAs污染的食物在我国仍然被广泛使用,产妇摄入后会导致乳汁被污染,使婴幼儿也暴露于PAs中。早期病例提示,哺乳期倒千里光碱(retrorsine,RTS)暴露可导致幼年子代脂肪肝,但脂肪肝是否能持续至成年尚不清楚。本课题将以RTS作为PAs的代表药物,探究哺乳期母鼠RTS暴露致成年子代脂肪肝发生的编程效应。方法:Wistar大鼠出生后1-3周(postnatal week,PW),母鼠灌胃给予5或20 mg/kg·d的RTS(RTS5和RTS20组),对照组给予相同体积的溶媒,哺乳期结束前1天收集乳汁,哺乳期结束后(PW4第一天)收集部分子代血和肝脏,其余子代正常饲养至PW12收集血和肝脏。苏木素-伊红(H&E,hematoxylin-eosin)和油红O染色观察肝脏组织病理学改变。UHPLC-QE Orbitrap/MS方法对乳汁成分进行代谢组学分析。LC-MS/MS法检测乳汁、血液以及肝脏中RTS原型药物以及代谢产物的含量。生化试剂盒检测子代大鼠血清肝功能相关指标以及肝脏中脂质水平。实时定量PCR检测子代大鼠肝脏脂肪酸摄取、合成、β-氧化和外排相关基因以及与孕烷X受体(pregnane X receptor,PXR)激活相关基因的表达改变。染色质免疫沉淀技术(chromatin immunoprecipitation assay,ChIP)检测PW12子代PXR启动子区组蛋白乙酰化和甲基化水平。进一步在LO2细胞给予不同浓度的RTS(10、100和1000 nM)处理72 h,检测细胞脂质水平,观察RTS对PXR以及脂代谢相关基因表达的影响。结果:①仔鼠发育一般指标:与对照组相比,RTS导致PW3子代体重、体重增长率和肝指数均显著下降(P<0.01,P<0.05),RTS20组仔鼠从出生后15天开始出现死亡,至出生后36天全部死亡。RTS5组雌性体重出现明显的追赶性生长(P<0.05);②乳汁代谢组学以及RTS代谢:给药组中乳汁脂质含量减少。与母鼠相比,乳汁中存在大量原型药物(P<0.01),但吡咯代谢物与蛋白结合物的含量极少(P<0.01),子代血清中RTS含量和肝吡咯蛋白结合物(pyrrole-protein adducts,PPA)均比母鼠少(P<0.01),雄性子代肝脏PPA含量较雌性多(P<0.01);③肝脏病理学改变:给药组PW3子代肝细胞内有明显的空泡变性,并呈剂量依赖性改变,油红O染色呈阳性。RTS5组的PW12子代肝细胞内仍然存在脂肪蓄积;④肝功能及脂质水平:与对照组相比,RTS20组PW3子代血清中谷丙转氨酶(alanine aminotransferase,ALT)、谷草转氨酶(aspartate aminotransferase,AST)和碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,AKP)水平升高(P<0.01),血清总胆固醇(total cholesterol,TCHO)、高密度脂蛋白胆固醇(low density lipoprotein chesterol,LDL-C)水平升高(P<0.01),低密度脂蛋白胆固醇(high density liptein cholesterol,HDL-C)水平降低(P<0.01),LDL-C/HDL-C 比值升高(P<0.01)。血清总胆汁酸(Total Bile Acids,TBA)和甘油三酯(triglyceride,TG)水平升高(P<0.01),肝脏中TG和游离脂肪酸(free fatty acid,FFA)含量均显著增加(P<0.01,P<0.05)。RTS5组子代以上指标改变与RTS20组一致或有改变趋势。与对照组相比,PW12子代肝功能指标、TCHO和TBA水平无显著改变,雄性TG水平增加(P<0.05)。雌雄子代肝脏TG和FFA含量仍然显著增加(P<0.01,P<0.05);⑤脂代谢相关基因表达改变:与对照组相比,给药组PW3肝脏脂肪酸转运蛋白 2(fatty acid transport protein2,FATP2)、脂肪酸转运蛋白 5(fatty acid transport protein5,FATP5)、脂肪酸结合蛋白 1(fatty acid-binding protein1,FABP1)、脂肪酸合成酶(Fatty acid synthase,FASN)、乙酰辅酶 A 羧化酶 α(Acetyl CoA carboxylase α,ACCα)、肉毒碱棕榈酰基转移酶1α(Carnitine palmitoyltransferase 1α,CPT1α)、过氧化物酶体增殖剂激活受体 α(peroxisome prol iferator-activated receptor α,PPARα)和微粒体甘油三酯转运蛋白(microsomal triglyceride transfer protein,MTTP)表达降低,并呈剂量依赖性改变(P<0.01,P<0.05)。脂肪酸转位酶(fatty acid translocase/cluster of differentiation,FAT/CD36)和过氧化物酶体增殖剂激活受体 γ(peroxisome prol iferator-activated receptor γ,PPARy)表达增加(P<0.01,P<0.05)。RTS5组子代以上基因的改变持续至PW12;⑥核受体及其下游基因表达:给药组PW3和PW12子代肝脏PXR及其下游调控基因细胞色素P450 3A(cytochrome P450 3A,CYP3A)表达均升高(P<0.01,P<0.05)。PW3 子代肝法尼醇 X受体(farnesoid X receptor,FXR)表达降低(P<0.01),但在PW12无改变;⑦PXR启动子区表遗传修饰改变:给药组PW12雌雄子代肝脏PXR启动子区组蛋白3赖氨酸K9位点乙酰化(histone 3 lysine 9 acetylation,H3K9ac)水平增加(P<0.01,P<0.05),其他组蛋白乙酰化或甲基化位点与PXR启动子区结合无明显改变;⑧细胞实验:RTS处理LO2细胞后,细胞中TG和FFA含量呈浓度依赖性增加(P<0.05,P<0.01),FATP2、FATP5、FASN、CPT1α、PPARα、MTTP、CD36 和 PPARγ 表达与动物实验呈一致性改变(P<0.01,P<0.05)。结论:哺乳期母鼠RTS暴露可导致PW3子代脂肪肝,其发生机制可能为RTS激活PXR后,一方面上调其下游基因PPARγ的表达,增加脂肪酸摄取;另一方面下调PPARα的表达,减少脂肪酸的β-氧化,最终导致脂肪肝。子代正常饲养至PW12仍表现为脂肪肝,PXR启动子区H3K9ac水平增加可能参与调控PXR的持续表达增加,从而持续增加肝脏脂肪酸摄取,减少脂肪酸β-氧化,最终造成成年子代脂肪肝的编程效应。
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