维生素D3能量代谢调节作用的机制研究及金匮肾气丸的干预作用

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当今世界肥胖患者日益增多,但缺乏安全有效的干预治疗手段且肥胖还能带来诸如脂肪肝、心脏病、糖尿病,动脉粥样硬化等慢性代谢型疾病。肥胖的发病机理复杂,与遗传,饮食,运动等多因素相关,体重的维持在于摄入与消耗的能量之间的平衡。在涉及能量代谢的相关基因中,解偶联蛋白UCP2和UCP3因其涉及线粒体的脂肪酸氧化继而在肥胖的发展和治疗中具有突出的作用。VD3是一类脂溶性维生素,其主要在肾脏中合成其活性形式1,25(OH)2D3。流行病学调查发现在肥胖患者体内VD3的水平较低,具体表现在低水平的VD3呈现了较高的身体质量指数(body mass index,BMI),因此额外补充VD3对于肥胖具有何种作用且这种作用与能量代谢之间的关系有待阐明。中医对肾虚型肥胖的治疗遵从从肾论治,温补肾阳,扶肾固本,祛水消痰,这种作用是否通过增加肾脏中合成的1,25(OH)2D3来发挥作用。基于以上发现和中医基础理论,本研究通过阐明VD3通过能量代谢影响肥胖的作用特点,探讨了温补肾阳中药金匮肾气丸对高脂饮食诱导肥胖的影响及其与肾脏中VD3活性形式合成途径之间的关系。第一部分1,25(OH)2D3/VDR对高脂饮食肥胖小鼠能量代谢基因转录的影响目的:本部分实验观察口服VD3对高脂饮食诱导肥胖小鼠体重的影响,并且阐明这种作用与能量代谢相关基因UCP2和UCP3之间的关系。方法:通过高脂饲料饮食[45 kcal%fat(lard)]饲喂构建小鼠肥胖模型,观察口服50μg/kg body wt/d VD3(cholecalciferol)对小鼠体重,摄食量,体脂肪量的影响,RT-PCR法检测脂肪和肌肉组织中UCP2和UCP3的mRNA转录水平。细胞实验中通过RT-PCR法检测1,25(OH)2D3及其受体VDR对3T3-L1小鼠前脂肪细胞,小鼠C2C12肌肉细胞和人HepG2肝癌细胞中相关基因的转录表达;双荧光报告基因法筛选1,25(OH)2D3/VDR的潜在启动子并且确定1,25(OH)2D3/VDR在UCP2和UCP3启动子上VDRE的结合共有序列。结果:1.VD3能够明显降低高脂饮食饲喂引起的小鼠体重增加(P<0.05),但对摄食量没有明显改变;VD3明显降低高脂饮食增加的肠系膜脂肪(P<0.05)和附睾周围脂肪量(P<0.01);VD3显著增加肠系膜脂肪中UCP2(P<0.01)和大腿股直肌中UCP3(P<0.01)的mRNA表达,但对肝脏中的FXR,LXR的mRNA表达没有明显影响。2.细胞水平上,VD3活性形式1,25(OH)2D3明显增加3T3-L1小鼠前脂肪细胞,小鼠C2C12肌肉细胞中UCP2和UCP3的mRNA表达(P<0.05),在转染了 VDR之后这种趋势更加显著(P<0.01);在人HepG2肝癌细胞中,1,25(OH)2D3只有在转染VDR的情况下对LXRβ,FXR的基因转录有改变作用(P<0.05)。3.通过对1,25(OH)2D3/VDR启动子的筛选实验,在人胚肾 HEK-293 细胞中同时转染 VDR 和 UCP2 promoter-luc 或者 UCP3 promoter-luc 之后,1,25(OH)2D3对相对荧光强度即启动子转录活性具有剂量依赖性的增强作用(P<0.01),说明UCP2和UCP3是VD3/VDR的潜在启动子。4.在小鼠成肌细胞C2C12,大鼠成肌细胞L6和人软骨肉瘤细胞H-EMC-SS中分别转染VDR和UCP3 promoter-luc,1,25(OH)2D3能剂量依赖性的增加三种细胞中相对荧光强度即启动子转录活性(P<0.05)。5.通过启动子缺失模型试验,结果显示1,25(OH)2D3/VDR在UCP2启动子VDRE上结合共有序列位于-1021~-1001bp,-941~-892bp区域处;在UCP3启动子VDRE上结合共有序列位于-1867~-1561bp,-1561~-634bp和+162~+314bp区域处。结论:口服补充VD3对高脂饮食诱导肥胖小鼠的体重具有降低作用,这种作用是通过1,25(OH)2D3/VDR与UCP2和UCP3启动子VDRE上结合共有序列绑定,增强启动子转录活性,继而增加脂肪组织中UCP2和肌肉组织中UCP3的基因转录,加快线粒体能量代谢实现的。第二部分:金匮肾气丸对高脂饮食诱导肥胖小鼠体重的影响及机制初探目的:本部分研究旨在观察金匮肾气丸对高脂饮食诱导肥胖小鼠的体重影响,并阐明这种作用与肾脏中VD3活性形式1,25(OH)2D3合成途径之间的关系。方法:通过高脂饲料饮食[45 kcal%fat(lard)]饲喂构建小鼠肥胖模型,观察口服金匮肾气丸 2g/kg body wt/d 水溶液及 50μg/kg body wt/d VD3(cholecalciferol)对小鼠体重,摄食量,体脂肪量的影响,Western blot法检测肾脏组织中CYP27B1和CYP24A1的蛋白表达,ELISA法检测小鼠血清中IL-4、IL-10、IL-15和PTH水平,高效液相串联质谱法检测小鼠血清中25(OH)D3,1,25(OH)2D3,24,25(OH)2D3的含量。结果:1.金匮肾气丸2g/kg body wt/d明显降低高脂饮食引起的小鼠体重增加(P<0.05),与50μg/kg body wt/d VD3(cholecalciferol)合用时作用更强(P<0.05),但均对摄食量没有明显改变;金匮肾气丸对高脂饮食增加的小鼠的肠系膜脂肪量(P<0.01),附睾周围脂肪量都有明显降低作用(P<0.01),尤其在附睾脂肪量的减轻作用上与50μg/kg body wt/d VD3(cholecalciferol)具有协同作用,但两者对肾周脂肪没有明显作用。2.Western blot结果显示与高脂饮食组相比,金匮肾气丸明显增加CYP27B1的蛋白表达(P<0.01),降低CYP24A1的蛋白表达(P<0.01)。3.ELISA结果显示,与高脂饮食组相比,金匮肾气丸组和VD3+金匮肾气丸组小鼠IL-10水平显著下降(P<0.01),IL-15水平显著上升(P<0.01)。4.高效液相串联质谱法检测结果显示,高脂饮食组小鼠血清25(OH)D3水平下降但不具有统计学差异(P=0.065),口服VD3明显增加小鼠血清25(OH)D3含量(P<0.01);与高脂饮食组小鼠相比,口服VD3及与金匮肾气丸并服时均能增加小鼠血清1,25(OH)2D3(P>0.05)和24,25(OH)2D3的含量(P<0.01),值得注意的是,与VD3组相比,VD3+金匮肾气丸组小鼠血清中的1,25(OH)2D3有上升趋势,而24,25(OH)2D3则具有下降趋势,但都不具有显著性差异(P>0.05)。结论:金匮肾气丸对高脂饮食诱导肥胖小鼠的体重具有降低作用,且与VD3具有协同作用,这种作用主要是通过增加肾脏中VD3活性形式合成酶CYP27B1的蛋白表达从而促进1,25(OH)2D3的合成,继而通过VD3来发挥减重作用的。
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