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背景与目的平原人进入高原后,常出现体重减轻。一些研究认为这与食欲下降有关。进入高原后进食量减少,体重减轻可导致劳动能力降低。因此,研究高原环境降低食欲的机制,对有针对性地提出改善进入高原者作业能力的措施有积极意义。摄食是一个复杂的行为过程,中枢神经系统在摄食行为的调节中起着重要的作用。中枢神经系统结合机体对能量的需要,通过味觉、嗅觉和视觉等系统获得食物的相关信息,同时产生“饥饿感”,促进机体摄入食物;摄入食物后,消化道在消化、吸收食物的过程中会分泌多种激素产生“饱食感”,使机体停止进食。机体能量的摄入与消耗保持相对平衡。下丘脑是调节食欲和体重的关键部位。由于脑对缺氧十分敏感,我们推测,高原缺氧环境有可能通过影响下丘脑,降低人的食欲。Ⅰ型大麻素受体(cannabinoid receptor type 1,CB1)在下丘脑广泛表达,在调控动物食欲和体重中起重要作用。CB1受体位于突触前膜,与内源性大麻素结合后使突触后膜神经元去极化,然后通过逆行信使作用于突触前神经末梢,控制谷氨酸、γ—氨基丁酸(GABA)或单胺等神经递质的释放。研究显示,激活下丘脑CB1受体可增加动物食欲,而阻断CB1受体,可激活雷帕霉素靶蛋白(mamamlian target of rapamycin,mTOR)信号,使动物摄食量减少。mTOR是高度保守的丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶。研究表明,雷帕霉素靶蛋白(mamamlian target of rapamycin,mTOR)是细胞的能量感受器,可以感受细胞内能量及底物的变化来调节蛋白质的合成。一些研究表明,下丘脑弓状核(arcuate nucleus,ARC)中mTOR及其下游信号通路激活后动物进食量显著减少。我们推测缺氧有可能直接影响下丘脑神经元中CB1受体的活性或通过mTOR抑制促食性神经元的活性,使动物食欲下降。本研究首先比较平原和模拟高原环境大鼠摄食量的变化,在此基础上,观察了平原和模拟高原大鼠下丘脑摄食中枢CB1受体和mTOR表达量的变化,以探讨急性缺氧降低大鼠食欲的中枢机制。方法SD大鼠随机分为3组:平原对照组、缺氧1 d组和缺氧7 d组。平原对照组大鼠置平原饲养,缺氧组大鼠置模拟海拔5000m的低压舱中饲养。大鼠按照实验动物饲养标准单只分笼独立喂养,自由饮水进食。每天记录平原对照组大鼠摄食量和体重,同时每天进入模拟海拔5000m的低压舱中记录缺氧1d组和缺氧7d组大鼠摄食量及体重。平原对照组大鼠于第1天在平原取材,缺氧大鼠在模拟海拔5000m低压舱中于缺氧第1天、缺氧第7天取材。蛋白免疫印迹法和免疫组化法观察各组大鼠下丘脑cb1受体和c-fos蛋白表达变化。再取大鼠随机分为平原对照组和缺氧组。大鼠单只分笼独立喂养,自由饮水进食。两组大鼠先在平原禁食12h后,平原对照组大鼠在平原、缺氧组大鼠在模拟海拔5000m低压舱中,继续禁食24h,然后给予食物,记录两组大鼠12h内的摄食量。重复上述实验和分组,但大鼠仅自由饮水,不给予饲料24h,平原对照组在平原、急性缺氧组在海拔5000m低压舱中6h后取材,蛋白免疫印迹法观察两组大鼠下丘脑mtor表达变化及其下游信号分子活性。取大鼠随机分为雷帕霉素组和dmso(dimethylsulphoxide)组,两组大鼠先在平原禁食12h,期间,雷帕霉素组大鼠侧脑室注射mtor抑制剂雷帕霉素,dmso组注射等量dmso,然后将两组大鼠置于模拟海拔5000m低压舱中并给予食物,观察大鼠在缺氧24h的进食量。重复上述实验和分组,但大鼠仅自由饮水,不给予饲料,在海拔5000m低压舱中6h后将两组取材,蛋白免疫印迹法检测两组大鼠下丘脑mtor表达及其下游信号分子活性。结果1.大鼠在模拟海拔5000m低压舱缺氧1d的摄食量(4.9±0.7g)显著少于平原对照组(15.5±2.7g)。随着缺氧时间的延长,大鼠摄食量逐日增加,缺氧3~7d时的摄食量与平原对照组大鼠相当。大鼠缺氧后,体重显著减轻;至缺氧第2天体重降至最低;此后大鼠体重呈逐日增加趋势,但始终低于平原对照组。2.westernblot结果显示缺氧1d后,大鼠下丘脑内cb1受体、c-fos表达较平原对照组显著减少。缺氧7d后,大鼠下丘脑cb1受体、c-fos表达较缺氧1d组显著增加,且与平原对照组比较无显著差异。免疫组织化学检测结果显示,缺氧1d组大鼠弓状核(arc)、下丘脑腹外侧区(laterhypothalamicarea,lh)和下丘脑腹内侧核(ventromedialhypothalamicnucleus,vmh)cb1受体、c-fos蛋白表达较平原对照组显著降低,缺氧第7天时,上述脑区cb1受体、c-fos蛋白表达恢复至平原对照组水平。3.在模拟海拔5000m缺氧大鼠进食量显著减少的同时,大鼠下丘脑mtor蛋白表达及其下游信号分子活性显著增加。脑室注射mtor抑制剂雷帕霉素后,缺氧大鼠下丘脑mTOR蛋白表达和下游信号分子活性显著降低,在5000m高原24h大鼠进食量显著增加(雷帕霉素组:24.0±1.6g vs DMSO对照组:6.9±1.7g)。结论1.急性缺氧时,大鼠体重显著减轻,摄食量显著减少。2.急性缺氧时,大鼠下丘脑弓状核、下丘脑腹外侧区和下丘脑腹内侧核的CB1受体、c-Fos蛋白表达显著降低;随着缺氧时间延长,上述脑区CB1受体、c-Fos蛋白表达逐渐恢复,CB1受体、c-Fos蛋白的变化趋势与大鼠摄食量变化趋势一致,说明急性缺氧时大鼠摄食量的减少可能与大鼠下丘脑弓状核、下丘脑腹外侧区和下丘脑腹内侧核的CB1受体、c-Fos蛋白表达减少有关。3.急性缺氧时,大鼠下丘脑中mTOR显著增加;脑室注射雷帕霉素抑制mTOR及其下游信号分子活性后,缺氧大鼠进食量显著增加,说明急性缺氧大鼠摄食量减少与下丘脑mTOR信号通路有关。