基于脂肪酸氧化和转运相关蛋白调控机制的妊娠期母体脂代谢变化研究

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妊娠期是女性的一个特殊生理阶段,妊娠期女性的血脂水平随孕周的延长而逐渐升高,其中甘油三酯(triglyceride,TG)的变化最为显著。一定程度的血脂升高是胎儿正常生长发育所必需,但当孕妇血脂水平过高时,则属于病理妊娠。脂代谢异常严重影响妊娠过程和妊娠结局,TG异常升高,与妊娠期糖尿病、先兆子痫、妊娠期肝内胆汁淤积和早产显著相关。由于妊娠期脂代谢变化的机制尚不明确,目前对于妊娠期高脂血症的治疗国内外尚无指南,主要依靠饮食控制与适当运动,而现有的降血脂药物一般不用于妊娠期女性。因此,迫切需要阐明妊娠期脂代谢变化及血脂升高机制,并早期评估妊娠期母体脂代谢情况,控制妊娠期血脂水平在正常升高范围,以促进妊娠保健,减少妊娠并发症和不良妊娠结局的发生。肝脏是机体TG代谢的主要器官,肝脏中脂肪酸摄取、合成、氧化及分泌过程中任何一个环节的改变都可能引起脂代谢变化。左旋肉碱(L-carnitine,L-Car)在脂肪酸β氧化过程中发挥重要作用,多篇文献表明,妊娠期女性血浆L-Car浓度明显低于非妊娠期,且随妊娠进展持续降低,分娩时可降低至非妊娠期的50%左右,其具体机制尚未阐明。而妊娠期肝脏L-Car水平及其对肝脏脂肪酸β氧化的影响也未见报道。妊娠期女性血清中多种激素水平发生改变,雌二醇(estradiol,E2)、孕激素(progesterone,P4)及糖皮质激素(glucocorticoid,GC)水平显著升高。受妊娠相关激素的影响,肝脏中多种细胞色素P450酶(cytochrome P450,CYP)和转运体的表达和活性与非妊娠期相比有显著变化,因而妊娠期药物代谢和分布亦可能发生改变。妊娠期肝脏中与脂代谢相关的酶或转运体是否受妊娠相关激素调控进而影响妊娠期脂代谢尚不清楚。我们推测,妊娠期脂代谢变化可能与妊娠期升高的激素有关,若相关激素水平异常升高,将致妊娠期高脂血症,并可能引起不良妊娠结局。1.妊娠期母体血浆L-Car水平降低机制及其对肝脏β氧化的影响本章研究目的是阐明妊娠期母体血浆中L-Car浓度降低的机制,并探究其对妊娠期母体肝脏脂肪酸β氧化的影响,阐明妊娠期母体血浆L-Car水平降低与妊娠期血脂升高的关系。我们发现,孕18天小鼠血浆和肝脏中TG水平显著高于非孕小鼠,血浆L-Car浓度显著低于非孕小鼠,胎儿与母体血浆中L-Car浓度比值为3.0。人和小鼠胎盘中肉碱/有机阳离子转运体 2(carnitine/organic cation transporter 2,OCTN2)表达均较高,且人胎盘中OCTN2随孕周增加表达上调,而肉碱转运体(carnitine transporter,CT)1和2以及氨基酸转运体B0,+(amino acid transporter B0,+,ATB0,+)在胎盘中表达极低,OCTN1在L-Car摄取中的作用非常有限。同时,孕小鼠肾脏过氧化物酶体增殖物激活受体 α(peroxisome proliferator-activated receptor α,PPARα)和OCTN2 mRNA表达下调,肾脏L-Car浓度降低,而尿液L-Car排泄量却低于非孕小鼠。HK-2细胞上的结果显示,P4(5-20μM)可通过PPARα途径下调OCTN2表达,高浓度皮质醇/酮(10 μM,内源性GC,人体主要是皮质醇,啮齿类为皮质酮)使OCTN2上调,E2(0.02-1 μM)则无明显影响;P4显著抑制MDCK-hOCTN2对d3-L-Car的摄取,其IC50值为15.8 μM,10、50μM P4显著抑制HK-2细胞对d3-L-Car的摄取。然而,孕小鼠肝脏中L-Car水平、β-羟丁酸浓度(肝脏中脂肪酸β氧化特有产物)以及脂肪酸β氧化关键酶长链脂酰辅酶A合成酶(long chain acyl-CoA synthetase 1,ACSL1),肉碱棕榈酰转移酶 1A(carnitine palmitoyltransferase 1a,CPT1A)的mRNA水平均高于非孕小鼠。上述结果表明,妊娠期母体血浆L-Car水平降低主要是由于OCTN2介导的L-Car胎盘转运所致,并非L-Car的肾脏排泄增加;妊娠期母体血浆L-Car降低并未引起肝脏L-Car浓度降低和脂肪酸β氧化减少,提示血浆L-Car浓度降低不是妊娠期血脂水平升高的主要原因。2.妊娠激素致母体肝脏脂代谢改变机制研究肝脏中脂肪酸摄取、合成及TG分泌过程若发生改变也会引起妊娠期脂代谢变化。本章主要探究引起妊娠期肝脏脂代谢变化的关键酶或转运体,并阐明妊娠相关激素对其表达的调控及分子机制,探索改善妊娠期脂代谢异常的策略。我们首先比较了孕18天小鼠与非孕小鼠肝脏中脂肪酸摄取、合成及TG分泌过程中关键酶和转运体的表达,发现孕小鼠肝脏中参与脂肪酸摄取的脂肪酸转位酶(fatty acid translocase,FAT/CD36)的mRNA水平显著高于非孕小鼠,进一步考察了孕15天、孕18天和非孕小鼠,发现肝脏CD36的mRNA和蛋白表达水平随妊娠进展而增加,且与肝脏和血浆TG水平变化同步。随后应用小鼠原代肝细胞研究发现,皮质醇/酮可显著上调CD36表达、增加长链脂肪酸摄取,而E2、P4则无明显作用;以siRNA敲低原代肝细胞中CD36,可明显改善皮质醇/酮所致的脂肪酸摄取增加。为了明确皮质醇/酮上调CD36表达的机制,我们检测了参与CD36表达调控的核受体/转录因子及其靶基因的表达,发现文献已报道的肝脏X受体(liver X receptor,LXR)、孕烷 X 受体(pregnane X receptor,PXR)、PPARγ 和芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AHR)均不参与,而糖皮质激素受体(glucocorticoid receptors,GR)的靶基因促酪氨酸转氨酶(tyrosine aminotransferase,TAT)表达显著增加,肝细胞核因子 4α(hepatocyte nuclear factor 4α,HNF4α)及下游靶基因也显著增加。以GR拮抗剂RU486抑制GR活性,或用siRNA敲低原代肝细胞GR表达,均可明显抑制皮质醇/酮诱导的CD36表达上调,而siRNA敲低HNF4α则不影响皮质醇/酮对CD36的诱导,表明GR参与了皮质醇/酮诱导的肝细胞CD36表达上调,而HNF4α不参与。荧光素酶报告基因检测显示,皮质醇/酮促进了 GR与CD36启动子区域的结合,从而增加其转录表达。正常雌性小鼠以皮质酮慢性刺激后,其血浆和肝脏TG水平升高,肝脏油红O染色可见明显脂质沉积,肝脏CD36的mRNA和蛋白表达也增加,而与脂肪酸摄取、合成及TG分泌相关的其他关键酶和转运体的基因表达均无改变,脂肪酸β氧化轻微增加;孕小鼠给予皮质酮慢性刺激,其肝脏脂质含量及CD36表达进一步增加。我们进一步在皮质酮慢性刺激小鼠的同时,灌胃给予GR拮抗剂RU486,发现RU486明显减轻了皮质酮引起的肝脏脂质沉积和血脂升高,同时抑制了皮质酮对肝脏CD36的诱导。上述结果表明,妊娠期升高的皮质醇/酮通过激活肝脏GR,直接作用于CD36启动子区域,促进CD36转录表达,增加肝脏对脂肪酸的摄取,进而增加TG合成,引起妊娠期血脂生理性升高;RU486阻断GR,降低皮质酮对CD36的诱导表达,改善皮质酮慢性刺激致小鼠肝脏脂质沉积和血脂升高。
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