NMN对肥胖雌鼠和糖尿病雌鼠生殖性能和器官损伤的影响及机制研究

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肥胖的发病率在世界范围内不断上升。肥胖会干扰与女性生殖相关的多个过程,肥胖女性的卵母细胞质量低下是导致生殖不良结局的主要原因。除对生殖造成损伤外,肥胖也会累及其他器官,导致包括心脏、肝脏、胰腺和肾脏等器官的炎症和功能损伤。除肥胖外,母体糖尿病也会通过损伤卵母细胞质量对胚胎发育和妊娠结局产生不利影响。并且,糖尿病引起的机体高血糖状态会导致糖脂代谢异常和氧化应激等,进而导致胰腺、肝脏、肾脏和心脏等组织器官的损伤,严重时甚至会导致器官衰竭。因此,寻找减轻肥胖和糖尿病导致的卵母细胞质量受损和器官损伤的新方法非常重要。烟酰胺单核苷酸(NMN)是一种关键的NAD+前体,能够减轻肥胖引起的糖尿病及肥胖相关的病理状态,并且能够有效改善衰老小鼠的卵母细胞质量和生育能力,然而,目前NMN对肥胖和糖尿病引起的卵母细胞质量下降、生殖能力损伤和器官损伤的影响尚未有明确报道。本研究以高脂饮食诱导的肥胖小鼠为模型,检测了NMN给药对肥胖小鼠的心脏、肝脏、胰腺、肾脏、卵巢、卵母细胞和后代体重的影响。为了探索NMN对糖尿病小鼠卵母细胞和器官损伤的影响,我们构建了1型糖尿病小鼠模型,检测了NMN对糖尿病小鼠卵母细胞和器官损伤的影响。主要研究内容和结果如下:1.肥胖小鼠模型的建立和NMN对肥胖小鼠代谢的影响将4周龄的雌性小鼠随机分为两组,一组接受10%脂肪供能对照饲料,另一组接受60%脂肪供能高脂饲料,建立肥胖小鼠模型。腹腔注射PBS的HFD组(HFD组)小鼠在经过10天的高脂饮食后,体重继续增加,而腹腔注射NMN的HFD组(HFD+NMN组)小鼠在高脂饮食的条件下,体重未继续增加。与对照饮食组(ND组)小鼠相比,HFD组小鼠的脂肪细胞显著增大,而与HFD组小鼠相比,HFD+NMN组小鼠的脂肪细胞显著减小。2.NMN改善肥胖小鼠的卵巢异常,减轻卵巢炎症反应对小鼠进行体重称量和卵巢称重的结果表明,NMN能够恢复肥胖引起的小鼠卵巢重量和卵巢指数的下降。与ND组小鼠相比,HFD组小鼠卵巢中促炎相关基因的m RNA水平升高,卵泡发育相关基因的m RNA水平降低,而NMN给药降低了肥胖小鼠卵巢的促炎相关基因的m RNA水平,升高了卵泡发育相关基因的m RNA水平。这些结果表明,NMN能恢复肥胖引起的小鼠卵巢重量和卵泡发育异常,减轻肥胖小鼠的卵巢炎症反应。3.NMN改善肥胖小鼠的卵母细胞质量,恢复子代出生体重本研究中,我们对ND组小鼠,HFD组小鼠,HFD+NMN组小鼠的卵母细胞的数量、氧化水平、线粒体功能、凋亡、DNA损伤、染色体/纺锤体异常比例和脂滴分布等方面进行了评价。结果显示:1)三组的卵母细胞数量没有差异,NMN给药能恢复肥胖造成的小鼠卵母细胞的纺锤体和染色体异常。2)与ND组相比,HFD组小鼠卵母细胞的γ-H2A.X水平显著升高,而NMN给药能够降低肥胖小鼠卵母细胞的γ-H2A.X水平。ND组和HFD组卵母细胞的促凋亡基因Bax水平无统计学差异,而HFD+NMN组卵母细胞的Bax的表达低于ND组和HFD组卵母细胞。3)与ND组相比,HFD组卵母细胞的ROS荧光强度更高,而NMN给药显著降低了肥胖小鼠卵母细胞的ROS荧光强度。HFD组卵母细胞的抗氧化基因Sod1表达量低于ND组,NMN给药升高了肥胖小鼠卵母细胞的Sod1表达水平。4)HFD组卵母细胞JC-1染色后的红绿信号比率弱于ND组卵母细胞,但HFD组和HFD+NMN组卵母细胞的红绿信号比率没有显著差异。与ND组小鼠卵母细胞相比,HFD组小鼠卵母细胞经过Mito Tracker Red CMXRos染色后的线粒体荧光强度减弱,而NMN给药能增强肥胖小鼠卵母细胞的线粒体荧光强度。5)HFD组卵母细胞膜上的肌动蛋白荧光强度低于ND组,补充NMN可显著提高肌动蛋白荧光强度。6)HFD组小鼠卵母细胞中的脂滴荧光强度略高于ND组小鼠卵母细胞,而与HFD组小鼠相比,HFD+NMN组小鼠卵母细胞的脂滴荧光强度显著降低。7)ND组,HFD组,HFD+NMN组小鼠与正常雄鼠合笼后怀孕率和产仔数均无统计学差异。HFD组小鼠的子代小鼠出生体重显著低于ND组小鼠的子代小鼠,而NMN给药能够恢复肥胖引起的子代小鼠出生体重低下。4.NMN改善肥胖小鼠胰腺、肝脏、心脏和肾脏损伤本研究中,我们对ND组小鼠,HFD组小鼠,HFD+NMN组小鼠的胰腺、心脏、肝脏、肾脏的器官进行了称重、HE染色和q PCR实验。结果显示:1)肥胖小鼠胰腺中胰岛面积与正常小鼠相比显著增大,出现一定的病理损伤,NMN给药能够恢复肥胖引起的胰腺病理损伤。2)ND组小鼠肝脏细胞有序分布,大小均一,无变性和坏死,HFD组小鼠肝脏出现弥漫性脂肪变性和大量脂滴沉积,与仅注射PBS的肥胖小鼠相比,NMN给药能显著降低肥胖小鼠肝脏细胞脂肪变性的密度和数量并使脂滴沉积减少。与ND组小鼠肝脏相比,HFD组小鼠肝脏的促凋亡基因Bax的转录水平显著升高,抗凋亡基因Bcl-2的转录水平显著降低,促炎基因Adgre1,Ccl2,TNF-α和IL-1β的转录水平显著升高,而NMN给药能显著提高肥胖小鼠肝脏Bcl-2的转录水平,降低Bax,Adgre1,TNF-α和IL-1β的转录水平,对Ccl2和Gal-3的影响无统计学意义。3)ND组小鼠的心肌没有明显异常,HFD组小鼠的心肌细胞排列紊乱,大量细胞核被挤到边缘处,而NMN给药的肥胖小鼠的心肌细胞排列较为整齐,细胞核大多形态完整。与ND组小鼠相比,HFD组小鼠的促凋亡基因Bax的转录水平显著升高,抗凋亡基因Bcl-2基因的转录水平显著降低,而NMN给药能够降低肥胖小鼠心脏的Bax转录水平,升高Bcl-2基因的转录水平。三组小鼠促炎基因CD11c,IL-1β和i NOS的转录水平均无统计学差异。4)ND组小鼠的肾脏没有明显异常,HFD组小鼠出现肾小球损伤和肾小管扩张等病理改变,NMN给药能改善肥胖小鼠的上述病理损伤。与ND组小鼠肾脏相比,HFD组小鼠肾脏的Bax基因和IL-1β基因未呈现异常表达,抗凋亡基因Bcl-2基因的转录水平显著降低,促炎基因TNF-α,CD11c和Gal-3的转录水平显著升高。与HFD组小鼠相比,NMN给药能显著提高肾脏Bcl-2基因的转录水平,降低TNF-α,CD11c和Gal-3的转录水平。5.NMN改善糖尿病小鼠卵母细胞质量,但降低糖尿病小鼠超排后卵母细胞数与Control组小鼠相比,Diabetic+PBS组小鼠超排后的卵母细胞数量显著降低,而Diabetic+NMN组小鼠的卵母细胞数量更低。DCFHDA染色的结果表明,与Control组相比,Diabetic+PBS组卵母细胞的ROS荧光强度更高,而NMN给药降低了卵母细胞ROS的荧光强度。Mito Tracker Red CMXRos染色的结果表明,与Control组小鼠卵母细胞相比,Diabetic+PBS组小鼠卵母细胞线粒体荧光强度没有明显变化,而Diabetic+NMN组小鼠卵母细胞线粒体荧光强度增强。6.NMN改善糖尿病小鼠肾脏和心脏的病理损伤,但对肝脏和胰腺的病理损伤没有显著影响与Control组小鼠相比,Diabetic+PBS组小鼠的胰腺、肝脏、肾脏和心脏均出现严重的病理损伤,而与Diabetic+PBS组小鼠相比,Diabetic+NMN组小鼠的心脏和肾脏病理损伤减轻,胰腺和肝脏的病理损伤没有明显的减轻。
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