过氧化物酶体增生物激活受体-γ辅激活子-1α （PGC-1α）是线粒体相关基因的转录辅激活因子，最早作为调控脂肪细胞分化的核受体PPARγ的辅激活因子被发现，它参与能量代谢调节的诸多方面，并与哺乳动物的心脏发育、骨骼肌纤维类型转换及机体禁食后的肝糖异生调节等过程有关。PGC-1α以特殊的组织模式表达，在棕色脂肪组织、心、肾、骨骼肌中相对含量较高。在这些组织中，PGC-1α的转录表达受寒冷、饥饿、耐力运动、感染等刺激调控，以调节线粒体能量代谢、肝糖异生等代谢稳态，适应机体需要。PGC-1α的表达异常或活性缺陷与代谢综合征、2型糖尿病等代谢性疾病密切相关。为探讨高脂饮食对PGC-1α表达的影响及转录调控机制，以及PGC-1α在肥胖诱导的胰岛素抵抗发生过程中的作用，本研究通过高脂饮食喂养C57BL/6小鼠，诱导高胰岛素血症和胰岛素抵抗的发生，再通过特异性的PI3K抑制剂LY294002来阻断胰岛素信号通路，检测PGC-1α基因以及与线粒体合成与功能相关的基因的转录与表达水平的变化。结果表明，高脂饮食喂养的C57BL/6小鼠肝脏和腓肠肌内PGC-1α表达下调；高脂饮食诱导的高胰岛素血症是PGC-1α及线粒体相关基因的转录与表达下降和线粒体功能异常的主要原因之一。然后，通过构建含有PGC-1α启动子序列的荧光素酶融合表达载体，并在其基础上构建失活各个转录因子反应位点的突变型载体，将这些载体转染到小鼠肝细胞和骨骼肌细胞，予以游离脂肪酸、胰岛素等环境因素处理后，检测PGC-1α启动子转录活性的变化，并进一步研究传递这些环境变量的信号通路，以及这些信号通路之间的相互作用对PGC-1α启动子转录活性影响。结果显示，PGC-1α基因启动子的基础转录活性主要依赖于启动子区内CRE及IRE反应元件，其转录活性受到胰岛素和p38MAPK的共同调节；油酸能够通过p38/CREBP/CRE和p38/MEF2/MEFRE信号通路刺激PGC-1α的基因转录；而胰岛素通过Akt/FoxO1/IRE信号通路抑制PGC-1α基因的转录，且胰岛素可能是起主导作用的PGC-1α转录负向调控因子。以上实验结果表明，能量摄入过多导致高胰岛素血症，体内持续激活的Akt信号可能是PGC-1α转录水平低下、线粒体相关基因表达下降和功能异常的主要原因之一。由于线粒体的数量下降和功能障碍与胰岛素抵抗的发生密切相关，我们的结果可能为理解胰岛素抵抗的发生机制提供了新的思路，也为临床上预防和治疗以胰岛素抵抗为核心的代谢性疾病提供了新的理论依据。第一部分高脂饮食诱导的高胰岛素血症导致线粒体功能障碍及胰岛素抵抗目的：探讨高脂饮食对小鼠PGC-1α表达的影响以及高脂饮食诱导的高胰岛素血症与小鼠肝脏和肌肉线粒体功能障碍以及胰岛素抵抗发生的关系。方法：给予C57BL/6小鼠高脂饮食，通过建立稳态模型法检测胰岛素抵抗水平；通过western blot检测Akt信号通路的活化；通过western blot检测Tfam、NRF1等线粒体相关基因的蛋白表达变化；通过Real-time PCR检测PGC-1α等线粒体相关基因的转录变化；通过检测mtDNA、GSH/GSSG、TG含量了解线粒体功能变化。结果：高脂饮食喂养的小鼠的肝脏和肌肉组织PGC-1α mRNA转录和蛋白表达降低，Akt磷酸化增强，Tfam、NRF1等线粒体相关基因的表达下调，mtDNA合成减少、GSH/GSSG比例下降、TG含量升高，线粒体相关功能下降；胰岛素信号通路阻断剂LY294002能够部分逆转上述变化。结论:高脂饮食诱导的高胰岛素血症可能是导致线粒体相关基因表达下降、线粒体功能障碍及胰岛素抵抗的主要原因之一。第二部分游离脂肪酸对小鼠肝细胞和肌肉细胞PGC-1α基因转录的调控和表达的影响目的：探讨游离脂肪酸对培养的小鼠肝细胞和肌肉细胞PGC-1α基因表达的影响及转录调控的信号通路。方法：对培养的1c1c7和c2c12细胞给予油酸处理，通过Real-time PCR，Western blot的方法分别在基因转录水平和蛋白水平检测OA对肝细胞和骨骼肌细胞PGC-1a表达的影响；通过western blot检测p38信号通路的活化；构建含有PGC-1α启动子序列的荧光素酶融合表达载体及其突变型载体，将这些载体转染到小鼠肝细胞，予以油酸处理后，检测PGC-1α启动子转录活性的变化；通过EMSA和ChIP assay检测相关的转录调控信号通路。结果：油酸激活了1c1c7和c2c12细胞中的p38MAPK磷酸化、上调了PGC-1α的基因的转录和蛋白表达；失活CRE和IRE位点的PGC-1α启动子的转录活性下降；油酸处理后，1c1c7细胞中转录因子CREBP与PGC-1α启动子CRE结合增强，后者转录活性增强，而p38信号通路阻断剂SB203580能够部分逆转上述变化。结论:油酸能够上调PGC-1α基因的转录和表达；PGC-1α基因启动子的基础转录活性依赖于启动子区内CRE及IRE反应元件；油酸主要通过p38/CREBP/CRE信号通路刺激1c1c7细胞PGC-1α的基因转录。第三部分Akt与p38MAPK对小鼠肌肉细胞PGC-1α表达的协同调控机制目的：探讨Akt/FoxO1与p38/CREBP信号通路对小鼠肌肉细胞PGC-1α转录的调控及其机制。方法：给予C57BL/6小鼠高脂饮食，通过western blot检测p38和Akt信号通路的活化和PGC-1α的表达变化；通过予c2c12细胞转染MKK6的组成性活性突变体MKK6E，刺激p38MAPK的持续活化；通过感染重组腺病毒ADA-FoxO1，使转录因子FoxO1持续在细胞核内表达；通过荧光素酶活性检测，观察p38和FoxO1对PGC-1α启动子转录活性的影响。结果：高脂饮食喂养的小鼠肌肉细胞PGC-1α mRNA转录和蛋白表达降低，Akt与p38磷酸化增强；p38MAPK主要通过CREBP/CRE信号通路促进PGC-1α基因的转录；Akt通过FoxO1/IRE信号通路抑制PGC-1α基因的转录。结论:PGC-1α基因启动子的转录活性受Akt和p38MAPK的共同调节；在缺乏转录因子FoxO1的作用的情况下，p38/CREBP/CRE信号通路不足以单独激活PGC-1α基因启动子的最大转录活性。