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胰岛素样生长因子1(Insulin-like growth factor 1,IGF-1)是调控动物生长发育的重要内分泌激素。循环血液中的IGF-1主要由肝脏合成并分泌。除内分泌激素(GH等)外,营养水平(蛋白质和氨基酸等)也是影响IGF水平的重要限制因素。精氨酸(Arginine,Arg)是一种条件性必需氨基酸,与动物的生长发育、代谢和营养免疫功能等密切相关。为研究Arg对肝脏IGF-1表达与分泌的影响,本文首先选用C57BL/6J小鼠和人肝癌细胞系HepG2细胞作为模型开展相关试验。结果发现,在饥饿条件下,小鼠血清IGF-1水平下降,补充Arg后IGF-1水平显著回升(P<0.05);小鼠腹腔注射Arg后,小鼠肝脏IGF-1的表达水平显著提高,血清IGF-1水平也显著提高(P<0.05);正常饲喂的条件下,长期饮水添加Arg对小鼠体重无显著影响(P>0.05);而在40%日粮限饲条件下,饮水添加Arg能显著缓解日粮限饲引起的体重减轻(P<0.05);此外,添加Arg可以显著提高HepG2细胞IGF-1的表达水平,同时显著提高胞内IGF-1水平(P<0.05)。为深入研究Arg对肝脏IGF-1表达与分泌的调控机制,本文进一步检测了Arg对肝脏IGF-1相关信号通路的影响。研究发现,Arg能显著促进肝脏mTOR的磷酸化(P<0.05),但与mTOR阻断剂(雷帕霉素)共处理后,IGF-1 mRNA和蛋白表达量无显著变化(P>0.05)。研究还发现,Arg能显著提高肝脏JAK2/STAT5信号通路的磷酸化水平(P<0.05);Arg与JAK2阻断剂AZD1480共处理后,JAK2/STAT5信号通路活性降低,肝脏IGF-1的表达与分泌也显著降低(P<0.05);Arg与GH共处理Hep G2细胞后,共处理组与GH单处理组相比JAK2/STAT5/IGF-1通路的表达水平进一步增强(P<0.05)。结果说明JAK2/STAT5信号通路参与介导Arg的作用,且不依赖于GH的刺激。此外,Arg显著下调肝脏促炎因子(IL-1β、IL-6和TNFα)mRNA表达水平,并降低IL-1β的血清含量,显著抑制炎症通路蛋白的表达并削弱PTP1B/SOCS3与JAK2的蛋白结合(P<0.05);Arg与LPS共处理后,JAK2/STAT5信号通路活性和IGF-1的表达与分泌均显著下降(P<0.05)。结果说明Arg能抑制炎症通路对JAK2/STAT5信号通路的负调控。生物素-精氨酸的pulldown试验证明,Arg可以直接结合炎症通路膜受体TLR4;小鼠过表达TLR4后,肝脏炎症通路蛋白的表达量显著升高,JAK2/STAT5信号通路的活性及IGF-1的表达与分泌水平显著下降(P<0.05);Hep G2细胞干扰TLR4基因后,结果与TLR4过表达试验正好相反(P<0.05);与此类似,小鼠肝脏特异性敲除TLR4后,Arg调控肝脏炎症通路表达、JAK2/STAT5信号通路的活性以及IGF-1的表达与分泌水平的作用均消失了(P>0.05)。综上所述,Arg能促进肝脏IGF-1的表达与分泌,其可能的调控机制是Arg通过抑制TLR4介导的炎症通路,从而削弱PTP1B和SOCS3对JAK2/STAT5通路活性的抑制作用,进而促进JAK2/STAT5信号通路的激活并最终促进IGF-1的表达与分泌。研究结果为深入认识Arg调控肝脏IGF-1表达与分泌的分子营养学机制提供了试验依据,为促进动物生长发育、提高畜牧业养殖效益提供理论基础。