高原鼠兔寒冷适应的分子机制与能量代谢

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青藏高原平均海拔超过4500m,素有“世界屋脊”之称,寒冷、低氧、干燥、强紫外线是其显著的气候特征。高原鼠兔(Ochotona Curzniac)作为青藏高原典型的土生小型非冬眠啮齿类哺乳动物,生活在海拔3000m以上的高寒草原。在长期的进化过程中形成了对高原低氧低温环境适应的一系列生理改变,具有良好的抗缺氧和抗寒能力。高原鼠兔逐渐成为高原土著动物对高原极端环境适应的研究热点和模式动物。既往对高原鼠兔的研究提示,它们通过减弱肺通气反应和肺收缩反应钝化应对低氧。面对高原寒冷、食物贫乏等挑战,它们通过增加肌肉线粒体密度,提高心输出量以及骨骼肌的运动能力,以特有的适应性改变调节能量平衡。除此之外,高原鼠兔的生理功能还受光照和温度的调控,且温度对其影响更为突出。在寒冷的冬季,小型啮齿动物通常会通过减轻体重而减少耗能,然而,高原鼠兔却能在青藏高原严寒的环境中保持体重、体脂相对稳定。  脂肪组织除了能为机体储存和释放能量,还能合成许多脂肪及细胞因子。高原鼠兔脂代谢表现为依赖痩素(leptin)减少过多的皮下组织和内脏器官脂肪囤积、活化棕色脂肪组织(BAT),提高线粒体活性,促进 UCP-1 的表达,并通过增加非震颤性产热(NST),抵抗高原寒冷环境,提高产热能力是高原鼠兔主要的御寒策略。我们前期的研究表明,模拟高海拔低氧、寒冷环境发现高原鼠兔内脏脂肪发生“棕色化”改变。既往的观点认为,BAT只存在于啮齿类动物和新生儿体内,近几年利用PET-CT扫描技术发现成人体内也存在有活性的BAT[1],并证明其活性与身体质量指数(BMI)呈负相关。BarteltA等[2]研究发现,寒冷刺激促进棕色脂肪细胞迅速清除血浆中的甘油三酯,提示BAT可调节脂代谢。Stanford等也证实 BAT可调节血糖水平和改善胰岛素抵抗。在寒冷刺激下,棕色脂肪和“棕色化”的白色脂肪通过加速线粒体内游离脂肪酸氧化,增加产热及葡萄糖的利用,清除血浆甘油三酯,从而保持机体能量代谢平衡。因此,我们推测寒冷可激活和招募高原鼠兔的棕色脂肪,并促进其白色脂肪“棕色化”,从而改善机体代谢水平,保持体温及能量代谢平衡。基于以上依据,通过对自然条件下,两个不同季节(夏季和冬季)高原鼠兔脂肪分布的研究,探讨高原鼠兔寒冷适应的机制及寒冷刺激对其能量代谢的影响,明确高原鼠兔抵御寒冷的分子机制及能量代谢水平。  第一部分 慢性寒冷刺激对高原鼠兔皮下白色脂肪和棕色脂肪的影响  目的:探讨自然条件下寒冷刺激能否活化高原鼠兔棕色脂肪及促进白色脂肪“棕色化”。  方法:分别于夏季(7月)和冬季(12月)从青海门源县同一地点捕捉40只高原鼠兔。运回实验室后,麻醉称重,分离皮下棕色脂肪和白色脂肪,并称重,保存备用。运用形态学和分子学实验方法检测两个不同季节高原鼠兔两种脂肪组织的形态与分子标记。  结果:冬季组皮下白色脂肪减少,棕色脂肪增加,但总体脂肪含量保持相对平衡。冬季组两种脂肪细胞体积减小、UCP-1阳性率增加、棕色化基因表达增加、线粒体活性增强。  结论:1. 慢性寒冷刺激促进高原鼠兔招募和激活棕色脂肪组织,增加产热、提高线粒体活性。 2. 慢性寒冷刺激促使高原鼠兔皮下白色脂肪“棕色化”。  第二部分 白色脂肪棕色化与棕色脂肪激活对高原鼠兔糖脂代谢的影响  目的:明确白色脂肪“棕色化”及棕色脂肪的活化对高原鼠兔脂代谢与能量调节的影响。  方法:两季高原鼠兔运回实验室后,抽取下腔静脉血,应用ELISA法检测与糖脂代谢相关的指标,并分别进行糖耐量、胰岛素敏感性实验。  结果:两组高原鼠兔空腹血糖水平无差异,但总胆固醇(TCH)、甘油三酯(TG)、极低密度脂蛋白(LDL)、高密度脂蛋白(HDL)水平差异明显。冬季组 IL-6 降低,两组 leptin 无显著差异。冬季组高原鼠兔对血糖的调节能力增强,胰岛素的敏感性增加。  结论:1. 慢性寒冷刺激可改善高原鼠兔糖、脂代谢水平。2. 寒冷刺激诱导的米色脂肪具有棕色脂肪活性,对机体能量代谢平衡具有重要意义。
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