陳 迪,康 健,馬海田*
(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)部動(dòng)物生理生化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210095)
脫氫表雄酮對大鼠脂肪代謝的影響及機(jī)理
陳 迪,康 健,馬海田*
(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)部動(dòng)物生理生化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210095)
目的:以雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠為對象,探討日糧中添加不同劑量的脫氫表雄酮(dehydroepiandrosterone,DHEA)對大鼠脂肪代謝常規(guī)生化指標(biāo)及相關(guān)基因表達(dá)的影響。方法:將60只雄性SD大鼠隨機(jī)分為對照組,DHEA低、中、高劑量組,各處理組大鼠分別灌胃0、25、50、100 mg/(kg·d)的DHEA(以體質(zhì)量計(jì),下同),連續(xù)灌胃8 周,測定大鼠血脂、肝脂水平及肝臟脂肪代謝相關(guān)基因表達(dá)量。結(jié)果:DHEA中劑量組大鼠體質(zhì)量顯著低于對照組(P<0.05)。中劑量的DHEA可極顯著降低大鼠血清中甘油三酯和血糖含量(P<0.01),低、中劑量的DHEA可顯著升高大鼠血清高密度脂蛋白膽固醇含量(P<0.05)。脂肪代謝合成相關(guān)基因分析結(jié)果表明,低、高劑量的DHEA可顯著或極顯著降低大鼠肝臟組織中脂肪酸合成酶(fatty acid synthase,F(xiàn)AS)mRNA表達(dá)水平(P<0.05或P<0.01);與對照組相比,不同劑量的DHEA均可顯著或極顯著降低大鼠肝臟組織中固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1(sterol regulatory element binding protein-1,SREBP-1)mRNA和肝細(xì)胞核因子-4(hepatocyte nuclear factor-4,HNF-4)mRNA表達(dá)水平(P<0.05或P<0.01),但對乙酰輔酶A羧化酶(acetyl coenzyme A carboxylase,ACC)mRNA表達(dá)水平均無顯著影響(P>0.05)。脂肪代謝分解相關(guān)基因分析結(jié)果表明,不同劑量DHEA均可顯著或極顯著降低大鼠肝臟組織中酰基輔酶A氧化酶(acyl coenzyme A oxidase,ACO)mRNA表達(dá)水平(P<0.05或P<0.01);與對照組相比,低、高劑量的DHEA可顯著或極顯著降低大鼠肝臟組織中肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1(carnitine palmitoyl transterase-1,LCPT-1)mRNA和過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator activated receptor-α,PPARα)mRNA表達(dá)水平(P<0.05或P<0.01);中、高劑量的DHEA可顯著或極顯著降低大鼠肝臟組織中脂肪三酰甘油脂肪酶(adipose triglyceride lipase,ATGL)mRNA表達(dá)水平(P<0.05或P<0.01)。結(jié)論:長期灌胃DHEA可影響雄性大鼠脂肪代謝途徑中關(guān)鍵因子基因的表達(dá),最終降低大鼠體內(nèi)脂肪的沉積。
脫氫表雄酮;脂類代謝;mRNA
世界衛(wèi)生組織(World Health Organization,WHO)提出肥胖是對人類健康最大的威脅之一,肥胖是很多疾病的重要誘因,如關(guān)節(jié)炎、糖尿病、心腦血管疾病及高血壓甚至癌癥[1-2],并且肥胖會(huì)導(dǎo)致更高的發(fā)病率和死亡率?,F(xiàn)如今中國城市居民正面臨著“肥胖危機(jī)”,這將對中國醫(yī)療衛(wèi)生和福利體系造成真實(shí)、不可避免的壓力[3]。脫氫表雄酮(dehydroepiandrosterone,DHEA)及其硫酸鹽(dehydroepiandrosteronesulfate,DHEAS)是一種C19類固醇激素,主要由腎上腺與性腺(睪丸、卵巢)分泌[4]。DHEA是性激素合成過程的中間產(chǎn)物,經(jīng)靶器官的調(diào)節(jié),能轉(zhuǎn)化成雌激素、雄激素、孕激素和皮質(zhì)酮等其他激素[5-6],因此被譽(yù)為多向性“激素緩沖劑”[7-8]。DHEA的受體廣泛分布于肝臟、腎臟和睪丸等器官中,參與完成一系列廣泛而重要的生理反應(yīng)。已有的研究[9]表明,DHEA在促進(jìn)脂肪代謝、抗氧化、提高機(jī)體免疫力、增強(qiáng)細(xì)胞活性、促進(jìn)動(dòng)物健康生長發(fā)育等方面具有積極的調(diào)節(jié)作用。雖然大量研究[10-11]報(bào)道,DHEA可能作為一種抗肥胖的中間代謝產(chǎn)物來減少脂肪貯存,然而DHEA在體內(nèi)對脂肪代謝影響的確切生物化學(xué)機(jī)制還在不斷探索當(dāng)中。因此,本實(shí)驗(yàn)以雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠為對象,探討長期飼喂DHEA對SD大鼠體質(zhì)量、脂肪代謝常規(guī)生化指標(biāo)及相關(guān)基因表達(dá)的影響,以期為DHEA作為降脂調(diào)節(jié)劑在人類醫(yī)學(xué)和畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
1.1 動(dòng)物、材料與試劑
清潔級雄性SD大鼠,初始體質(zhì)量200~220 g,購自蘇州大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,許可證號(hào):SYXK(蘇)2008-0024。SD大鼠飼養(yǎng)期間,恒溫25℃,相對濕度50%,自由采食飲水,自然光照。
DHEA(純度99%),購自江蘇常州佳爾科藥業(yè)集團(tuán)有限公司。
甘油三酯(triglyceride,TG)測定試劑盒、總膽固醇(total cholesterol,TC)測定試劑盒、高密度脂蛋白膽固醇(high density lipoprotein cholesterol,HDL-C)測定試劑盒、游離脂肪酸(free fatty acid,F(xiàn)FA)測定試劑盒、血糖測定試劑盒 南京建成生物工程研究所;Green Master Mix美國Vazyme Biotech公司。
1.2方法
1.2.1動(dòng)物分組與處理
適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后,將60只雄性SD大鼠隨機(jī)分為4組:對照組,DHEA低、中、高劑量組。各處理組大鼠分別灌胃0、25、50、100 mg/(kg·d)的DHEA(以體質(zhì)量計(jì),下同),連續(xù)灌胃8周,期間記錄各組大鼠的體質(zhì)量及采食量。實(shí)驗(yàn)期間各組大鼠均飼喂普通日糧,該日糧配比符合GB 14924.3—2010《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物配合飼料營養(yǎng)成分》,飼料由江蘇協(xié)同生物工程有限責(zé)任公司提供。
1.2.2 樣品采集及處理
實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),各處理組大鼠禁食12 h后稱質(zhì)量,處死大鼠并采集血清,-20℃條件下保存?zhèn)溆?。取大鼠肝臟、睪丸周圍脂肪墊,稱質(zhì)量后于-70℃條件下保存。
1.2.3 常規(guī)生化指標(biāo)檢測
使用磷酸甘油氧化酶-過氧化物酶-抗過氧化物酶復(fù)合物(glycerolphosphate oxidase-peroxidase anti-peroxidase complex,GPO-PAP)法檢測血清及肝臟組織中TG和TC含量,使用雙試劑直接法檢測HDL-C含量,使用比色法檢測FFA和血糖水平,具體操作步驟按照試劑盒說明書方法進(jìn)行。
1.2.4 脂肪代謝相關(guān)基因檢測
取SD大鼠肝臟組織樣品,用Trizol試劑提取總RNA,紫外分光光度計(jì)和變性瓊脂糖凝膠電泳測定總RNA濃度與純度(OD260nm/OD280nm=1.8~2.0)。
反轉(zhuǎn)錄采用20μL體系:12μmol/L隨機(jī)引物、0.5 mmol/L dNTP、20 U/μLRNA酶抑制劑、10 U/μL反轉(zhuǎn)錄酶(M-MLV RTase)、4μL5×RT Buffer(250 mmol/L T r i s-H C l(p H 8.3)、5 0 m m o l/L M g C l2、250 mmol/L KCl、50 mmol/L二硫蘇糖醇、2.5 mmol/L亞精胺)。反轉(zhuǎn)錄流程為:RNA模板、dNTP和隨機(jī)引物混合,70℃變性5 min,立即冷卻,加入其余試劑37℃反應(yīng)60 min,95℃滅活5 min。所得產(chǎn)物于-20℃條件下保存?zhèn)溆?。脂肪代謝相關(guān)基因引物序列使用Primer 5.0軟件設(shè)計(jì),由Invitrogen生物技術(shù)有限公司合成。引物序列及相關(guān)參數(shù)如表1所示。
實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(polymerase chain reaction,PCR)使用20μL反應(yīng)體系:2μLcDNA模板、10μLAceQ? qPCR SYBR?Green Master Mix、目的基因引物2μL、加入滅菌蒸餾水使反應(yīng)體系體積至20μL。PCR反應(yīng)條件如下:95℃10 s,60℃5 s,72℃30 s,40個(gè)循環(huán)。
表1 目的基因引物序列Table1 Primer sequences for target genes
1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
2.1 DHEA對大鼠體質(zhì)量、采食量及睪丸周圍脂肪墊質(zhì)量的影響
圖1 DHEA對大鼠采食量(A)、體質(zhì)量(B)及睪丸周圍脂肪墊質(zhì)量(C)的影響Fig.1 Effect of DHEA on feed intake (A), body weight (B) and epididymal fat-pad weight (C) in rats
如圖1所示,8周實(shí)驗(yàn)期內(nèi),各劑量的DHEA對大鼠采食量無顯著影響(圖1A);DHEA中劑量組大鼠的體質(zhì)量顯著低于對照組(P<0.05),DHEA低、高劑量組大鼠的體質(zhì)量均有降低趨勢,但沒有表現(xiàn)出統(tǒng)計(jì)學(xué)上差異(P>0.05)(圖1B)。DHEA各組大鼠的睪丸周圍脂肪墊質(zhì)量雖然無統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異,但均有降低的趨勢(P>0.05)(圖1C),3個(gè)DHEA劑量組大鼠的睪丸周圍脂肪墊質(zhì)量較對照組分別降低了5.55%、9.24%和1.13%。
2.2 DHEA對大鼠血清脂肪代謝常規(guī)生化指標(biāo)的影響
圖2 DHEA對大鼠血清脂肪代謝相關(guān)生化指標(biāo)的影響Fig.2 Effect of DHEA on lipid metabolism parameters in the serum of rats
如圖2所示,中劑量的DHEA可極顯著降低大鼠血清中TG和血糖含量(P<0.01),低、高劑量的DHEA對大鼠血清中TG和血糖含量均無顯著影響(P>0.05)。低、中劑量的DHEA可顯著提高大鼠血清HDL-C含量(P<0.05),但3個(gè)不同劑量的DHEA對大鼠血清TC以及FFA含量均無顯著影響(P>0.05)。
2.3 DHEA對大鼠肝臟組織中TG、TC含量及肝脂酶活性的影響
如圖3所示,3個(gè)不同劑量的DHEA對大鼠肝臟組織中TG、TC含量均無顯著影響(P>0.05)。不同劑量的DHEA均有提高肝脂酶活性的趨勢,且DHEA高劑量組大鼠肝臟中肝脂酶活性顯著高于對照組(P<0.05)。
圖3 DHEA對大鼠肝臟TG、TC含量及肝脂酶活性的影響Fig.3 Effect of DHEA on the contents of triglycerides and cholesterol and lipase activity in the liver of rats
2.4 DHEA對大鼠肝臟中脂肪合成相關(guān)因子mRNA表達(dá)量的影響
圖4 DHEA對大鼠肝臟脂肪合成代謝相關(guān)基因表達(dá)的影響Fig.4 Effect of DHEA on the mRNA expression levels of lipid anabolism-related genes in the liver of rats
如圖4所示,低劑量的DHEA可顯著降低大鼠肝臟組織中FASmRNA表達(dá)水平(P<0.05),高劑量的DHEA則可極顯著降低大鼠肝臟組織中FASmRNA表達(dá)水平(P<0.01);與對照組相比,低劑量的DHEA可顯著降低大鼠肝臟組織中SREBP-1mRNA表達(dá)水平(P<0.05),中、高劑量的DHEA則可極顯著降低大鼠肝臟組織中SREBP-1mRNA表達(dá)水平(P<0.01);低、高劑量的DHEA可極顯著降低大鼠肝臟組織中HNF-4mRNA表達(dá)水平(P<0.01),同時(shí)中劑量的DHEA可顯著降低HNF-4mRNA表達(dá)水平(P<0.05);3個(gè)不同劑量的DHEA對大鼠肝臟組織中ACCmRNA表達(dá)水平均無顯著影響(P>0.05)。
2.5 DHEA對肝臟中脂肪分解相關(guān)因子mRNA表達(dá)的影響
圖5 DHEA對大鼠肝臟脂肪分解代謝相關(guān)基因表達(dá)的影響Fig.5 Effect of DHEA on the mRNA expression levels of lipolysis metabolism-related genes in the liver of rats
如圖5所示,中劑量的DHEA可顯著降低大鼠肝臟組織中ACOmRNA表達(dá)水平(P<0.05),低、高劑量的DHEA則可極顯著降低大鼠肝臟組織中ACOmRNA表達(dá)水平(P<0.01);與對照組相比,低劑量的DHEA可顯著降低大鼠肝臟組織中LCPT-1mRNA表達(dá)水平(P<0.05),高劑量的DHEA則可極顯著降低大鼠肝臟組織中LCPT-1mRNA表達(dá)水平(P<0.01);DHEA低、高劑量組大鼠肝臟組織中PPARαmRNA表達(dá)水平較對照組顯著降低(P<0.05);DHEA中劑量組大鼠肝臟組織中ATGLmRNA表達(dá)水平較對照組顯著降低(P<0.05),而高劑量的DHEA則可極顯著降低大鼠肝臟組織中ATGLmRNA表達(dá)水平(P<0.01)。
大量研究表明[11-13],DHEA的作用不僅限于作為甾體激素前體發(fā)揮抗衰老作用,其在降低體質(zhì)量、促進(jìn)脂肪代謝、抗氧化、提高機(jī)體免疫力、增強(qiáng)細(xì)胞活性和促進(jìn)動(dòng)物健康生長發(fā)育等方面均具有積極的調(diào)節(jié)作用[9,14]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,連續(xù)8周灌胃50 mg/(kg·d)的DHEA可以顯著降低雄性大鼠的體質(zhì)量,該結(jié)果與Yamauchi等[15-16]報(bào)道的DHEA可通過改變機(jī)體的能量利用方式來減輕體質(zhì)量報(bào)道一致。不同劑量的DHEA對大鼠睪丸周圍脂肪墊質(zhì)量雖然無統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著影響,但3個(gè)DHEA劑量組大鼠睪丸周圍脂肪墊質(zhì)量分別較對照組降低了5.55%、9.24%和1.13%,提示DHEA對雄性大鼠脂肪的沉積有一定抑制作用,這與本實(shí)驗(yàn)前期研究結(jié)果(DHEA有降低幼年期大鼠腹脂沉積的效應(yīng))基本一致[17-18]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,連續(xù)8周灌胃50 mg/(kg·d)的DHEA可降低大鼠血清中TG和血糖含量,同時(shí)顯著升高大鼠血清中HDL-C含量,但對大鼠血清FFA含量并無顯著影響,血清中FFA的含量不僅取決于脂肪動(dòng)員速率,也取決于肝臟攝入脂肪酸的速率,可能由于其他生化機(jī)制的影響而導(dǎo)致FFA合成和分解速率達(dá)到平衡,所以血清FFA含量沒有變化。由以上結(jié)果可推測DHEA可能抑制肝臟脂肪酸合成、促進(jìn)膽固醇向高密度脂蛋白膽固醇合成,并抑制極低密度脂蛋白膽固醇合成從而達(dá)到降脂的作用,這與Richards等[19]的報(bào)道結(jié)果一致。脂蛋白脂酶主要調(diào)節(jié)血漿脂蛋白中的脂質(zhì)代謝,是清除血漿脂蛋白中所含TG的限速酶,而肝脂酶則在中、高密度脂蛋白的代謝中起著重要作用。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,不同劑量的DHEA均有提高大鼠肝酯酶活性的效應(yīng),增強(qiáng)了肝酯酶水解TG的能力,最終表現(xiàn)為大鼠血清中TG含量的降低和腹脂沉積的減少。
動(dòng)物脂肪代謝與脂肪的合成、分解等過程息息相關(guān),其中ACC、FAS、SREBP-1以及HNF-4等均是肝臟脂肪酸合成的關(guān)鍵因子[20]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,連續(xù)8周灌胃DHEA可顯著下調(diào)雄性SD大鼠肝臟組織中FASmRNA、SREBP-1mRNA和HNF-4mRNA的表達(dá)水平,提示DHEA對機(jī)體脂肪酸合成有抑制作用,從而降低了大鼠血清中的TG含量,達(dá)到減少脂肪沉積的效果。這與先前本課題組以羅氏308肉雞為實(shí)驗(yàn)材料時(shí)所測得的結(jié)果一致[5]。
ACO是在過氧化物酶體中對中、長鏈脂肪酸進(jìn)行β-氧化的限速酶[21];CPT-1是短鏈脂肪酸在線粒體中進(jìn)行β-氧化的關(guān)鍵因子,而LCPT-1是CPT-1在肝臟中的分型[22];ATGL是脂肪分解的關(guān)鍵酶,與TG的分解代謝過程密切相關(guān),可以顯著地提升TG酯酶的活性并且催化脂類分解的第一步限速反應(yīng)[23]。PPARs屬于細(xì)胞核受體超家族,是配體依賴的轉(zhuǎn)錄因子,其調(diào)節(jié)脂類及脂蛋白代謝,影響脂肪酸的攝取和分解[24]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,連續(xù)8周灌胃DHEA可顯著下調(diào)雄性SD大鼠肝臟組織中ACOmRNA、LCPT-1mRNA、PPARαmRNA和ATGLmRNA的表達(dá)水平,提示DHEA可以抑制機(jī)體中TG的分解和脂肪酸的氧化,表明DHEA對脂肪分解代謝也存在抑制效應(yīng)。
綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,DHEA對脂肪合成關(guān)鍵因子的抑制作用可能是血清TG水平降低及脂肪沉積減少的直接原因,猜測脂肪分解的關(guān)鍵因子被抑制也有可能是由脂肪合成被抑制導(dǎo)致的,因?yàn)檠錞G水平降低及脂肪沉積減少意味著脂肪分解代謝的底物減少,由此觸發(fā)了機(jī)體的反饋機(jī)制,導(dǎo)致脂肪分解的關(guān)鍵因子mRNA表達(dá)量降低。這種反饋調(diào)節(jié)可能與SREBP、SREBP裂解激活蛋白的協(xié)同作用有關(guān)[25],但其具體代謝機(jī)制尚不明確,還需要進(jìn)一步研究。
綜上所述,長期灌胃DHEA可影響脂肪代謝途徑中關(guān)鍵因子基因的表達(dá),最終降低雄性SD大鼠體內(nèi)脂肪的沉積。
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Effect and Mechanism of Different Doses of Dehydroepiandrosterone on Lipid Metabolism in SD Rats
CHEN Di, KANG Jian, MA Haitian*
(Key Laboratory of Animal Physiology and Biochemistry, Ministry of Agriculture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)
This study aimed to investigate the effects of dehydroepiandrosterone (DHEA) on routine biochemical indicatorsand the expression levels of lipid metabolism-related genes. A total of 60 male Sprague-Dawley (SD) male rats wererandomly divided into 4 groups∶ control group (0 mg/(kg·d) DHEA), low-dose group (25 mg/(kg·d) DHEA), moderate-dosegroup (50 mg/(kg·d) DHEA) and high-dose group (100 mg/(kg·d) DHEA). The results showed that DHEA significantlydecreased body weight in moderate-dose group when compared with control group (P< 0.05). The levels of serumtriacylglycerol and glucose were highly significantly decreased in moderate-dose group (P< 0.01). The level ofhigh-density lipoprotein cholesterol (HDL-C) was signifi cantly increased in high-dose group(P< 0.05).The results of quantitative realtime polymerase chain reaction (qRT-PCR)showed that mRNA expression level of fatty acid synthase (FAS) was significantlydecreased in moderate-dose group (P< 0.05 orP< 0.01) when compared with control group. The mRNA expression levelsof sterol regulatory element binding protein-1 (SREBP-1) and hepatocyte nuclear factor-4 (HNF-4) were significantlydecreased in all the DHEA groups (P< 0.05 orP< 0.01). However, the mR NA expression level of acetyl coenzyme Acarboxylase (ACC) was not significantly changed (P> 0.05). As for the adipolysis-related genes, the mRNA expressionlevels of acyl coenzyme A oxidase (ACO) were significantly decreased in all the DHEA groups (P< 0.05 orP< 0.01).The mRNA expression levels of carnitine palmitoyl transterase-1 (LCPT-1) and peroxisome proliferator activated receptor-α(PPARα) were significantly decreased in both low- and high-dose groups (P< 0.05 orP< 0.01). The mRNA expression levels of adipose triglyceride lipase (ATGL) were significantly decreased in both moderate- and high-dose groups (P< 0.05 orP< 0.01). These findings indicate that DHEA affects the key factors affecting lipid metabolism, resulting in decreased fat deposition in male rats.
dehydroepiandrosterone (DHEA); lipid metabolism; mRNA
S852.23
1002-6630(2015)17-0252-07
10.7506/spkx1002-6630-201517047
2014-11-07
陳迪(1990—),女,碩士研究生,主要從事動(dòng)物機(jī)能生物化學(xué)研究。E-mail:2012107012@njau.edu.cn
*通信作者:馬海田(1974—),男,教授,博士,主要從事營養(yǎng)生物化學(xué)研究。E-mail:mahaitian@njau.edu.cn