慢性应激对大鼠腓肠肌和比目鱼肌的影响及分子机制

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在现代化规模养殖过程中,畜禽长期遭受多种不良的环境应激。这种慢性应激会导致动物的采食量减少、料肉比升高、免疫力减弱和抵抗疾病的能力下降。骨骼肌作为机体重要的代谢器官,在动物慢性应激中受到的影响也最直接。按照肌纤维代谢类型,骨骼肌可分为氧化型、中间型和酵解型肌肉。以往的研究仅仅局限于肌肉组织,然而,不同代谢类型的骨骼肌在慢性应激作用下是否具有不同的表现,以及其中的分子调节机制是否一样,目前尚不清楚。腓肠肌和比目鱼肌作为两种典型的肌肉组织,其代谢类型和肌纤维类型组成迥异,因此成为本实验的主要研究对象。我们通过构建大鼠慢性应激模型,比较慢性应激对腓肠肌和比目鱼肌组织形态和相关基因表达模式的影响,并围绕糖皮质激素受体探索其下游调控基因在不同代谢类型肌肉中应对慢性应激的潜在机制。1慢性应激对大鼠腓肠肌和比目鱼肌组织形态和相关基因表达模式的影响本实验选取成年雄性健康SD大鼠12只,随机分为对照组和实验组。实验组大鼠每天接受2小时随机应激,包括:束缚应激、冷应激、旋转应力、温室游泳、冷水游泳和断水应激。连续应激处理3周,采样前禁食8小时。腹腔注射戊巴比妥钠(40 mg/kg)麻醉后,眼球采血,采集比目鱼肌和腓肠肌冰冻组织样和分子样。研究结果显示:慢性应激并不影响大鼠的采食量,但显著降低了大鼠体重(p<0.05)和腓肠肌重(p<0.05),而对比目鱼肌重无显著影响。另外,油红染色结果表明慢性应激未造成腓肠肌和比目鱼肌的脂肪沉积。苏木精-伊红染色结果表明慢性应激导致腓肠肌纤维横截面积相比对照组极显著减小(p<0.01);比目鱼肌纤维横截面积极显著增大(p<0.01)。此外,我们还比较了慢性应激对腓肠肌和比目鱼肌自噬和凋亡相关基因和蛋白的表达。结果表明:慢性应激后腓肠肌中FADD的mRNA水平相比对照组极显著升高(p<0.01),Cyes、p62、LC3a和ATG3的mRNA水平显著升高(p<0.05),MuRF的蛋白表达显著降低(p<0.05),ATG7(p=0.06)蛋白表达有降低趋势;慢性应激后比目鱼肌中Sqstm1和BCLx1的mRNA水平相比对照组显著降低(p<0.05),LC3b和MuRF的蛋白表达显著升高(p<0.05),mTOR的蛋白表达显著降低(p<0.05)。2慢性应激对大鼠腓肠肌和比目鱼肌肌纤维类型及相关基因表达的影响为了分析腓肠肌和比目鱼肌两块不同代谢类型肌肉在慢性应激下的差异性反应,我们采用了组织切片免疫荧光染色、荧光实时定量PCR以及蛋白免疫印迹(Western blot,WB)等技术进行检测。免疫荧光结果表明:慢性应激导致腓肠肌Ⅰ型肌纤维比例极显著升高(p<0.01),对2b型肌纤维比例影响不大;而比目鱼肌2b型肌纤维显著降低(p<0.05),对Ⅰ型肌纤维比例影响不大。慢性应激后腓肠肌中MyHC-I的蛋白表达极显著高于对照组(p<0.01),MyHC-2b的蛋白表达显著低于对照组(p<0.05);而比目鱼中MyHC-I的蛋白水平同样极显著高于对照组(p<0.01),MyHC-2b的蛋白水平没有差异。另外,慢性应激处理后大鼠腓肠肌中与肌纤维类型转化相关的NFA Tc4和Myoz2的mRNA水平显著升高(p<0.05),NFAT5的mRNA水平有升高的趋势;比目鱼肌中NFATc1、Rcan1和Myoz1的mRNA水平显著降低(p<0.05)。3慢性应激后糖皮质激素受体在腓肠肌的作用及其机制初探在慢性应激反应中,下丘脑-垂体-肾上腺轴(Hypothalamic-Pituitary-Adrenal axis,HPA)的负反馈调节敏感性会降低,却大大增强了肾上腺以外的组织器官合成糖皮质激素(Glucocorticoids,GCs)的能力。本研究结果表明:慢性应激导致腓肠肌和比目鱼肌中与皮质酮合成相关的关键酶中细胞色素P450家族21(Cytochrome P450 Family 21,CYP21)没有显著性差异,但是,腓肠肌中类固醇生成急性调节蛋白(Steroidogenic acute regulatory protein,StAR)和转化为有活性皮质酮的关键酶 11β羟基类固醇脱氢酶 1(Hydroxysteroid 11-beta dehydrogenase 1,11β-HSD1)的 mRNA水平均显著升高(p<0.05);慢性应激导致比目鱼肌中StAR和转化为无活性皮质酮的关键酶 11β 羟基类固醇脱氢酶 2(Hydroxysteroid 11-beta dehydrogenase 2,11β-HSD2)的mRNA水平均显著降低(p<0.05)。慢性应激后腓肠肌中糖皮质激素受体(Glucocorticoid receptor,GR)的mRNA水平相比对照组没有差异,GR的蛋白表达却显著降低(p<0.05);慢性应激后比目鱼肌中GR的mRNA水平相比对照组显著降低(p<0.05),GR蛋白表达却没有差异。为了检测GR是否靶向参与了慢性应激对骨骼肌纤维类型转变的调控,我们做了染色质免疫共沉淀,结果显示:慢性应激后腓肠肌中GR在NFATC1、NFATC4、KLF15、LC3a和MyoD基因启动子上的富集程度显著高于对照组(p<0.05),在P62基因启动子上的富集程度极显著高于对照组(p<0.01)。综上所述,慢性应激显著降低了腓肠肌重量,对比目鱼肌影响较小;慢性应激未促进两块肌肉组织内的脂肪沉积,但显著促进了两块肌肉中Ⅰ型肌纤维的表达;通过染色质免疫共沉淀我们发现慢性应激可能通过GR促进了其下游靶点NFATc1基因的表达,进而上调了腓肠肌中Ⅰ型肌纤维的表达。
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