5’-肌苷酸(IMP)诱导非酒精性脂肪肝病发生和演化的分子机制研究

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研究目的5’-肌苷酸(inosine 5’-monphosphate,简称IMP)调控核酸代谢、能量转移等重要生理功能。动物体内除了自身合成外,也通过饮食摄取以维持代谢平衡。IMP的二钠盐是食品行业中的鲜味剂,尚未对单日摄入容许量做出规定。前期我们发现以50 mg/(kg mb·d)的IMP对db/db小鼠灌胃给药8周,小鼠出现了非酒精性脂肪性肝硬化(NAFLD-LC)症状,首次揭示了 IMP具有潜在的肝脏毒性。鉴于db/db小鼠和正常小鼠的遗传学差异,必须了解IMP对这两种体质小鼠的作用差别,才能全面地理解IMP的食品安全性及损害肝脏的详细作用机制。实验方法参照IMP对db/db小鼠危害剂量,开展了以10,50,100 mg/(kg mb·d)的IMP(以下简称低、中、高剂量)对4月龄C57BL/6J小鼠(正常小鼠)的肝损伤研究,连续给药4个月后,对小鼠体重、体脂率进行检测,测定小鼠血清内血脂、炎症因子、肝损伤因子和乙酰辅酶A等含量以及肝脏组织油红O染色观测脂肪蓄积,肝脂及乙酰辅酶A的含量分析。为探究IMP是否具有致癌效果,对正常小鼠、IMP给药各组正常小鼠、db/db小鼠以及IMP给药db/db小鼠的肝脏开展了 DNA彗星电泳实验,彗星电泳实验用于检测细胞DNA损伤情况。DNA损伤越严重,DNA超螺旋结构越松散,产生的断裂点越多,电泳结果显示出彗星形状,根据彗尾的长度、面积和荧光强度判断细胞是否癌变。在前期研究中,我们发现IMP可以与AMPKγ1亚基形成稳定的复合体,通过促进AMPK的磷酸化而活化ACC-脂肪酸β氧化,在体外实验中IMP显示强烈的降脂活性,但在db/db小鼠肝脏内显著促进了以乙酰辅酶A合成甘油三酯(TG)而导致NAFLD恶化,出现了 NAFLD-LC。为证明AMPK是IMP调控脂肪代谢的作用靶点,利用油酸诱导脂肪蓄积的HepG2细胞模型研究AMPK正常和被抑制功能期间IMP的降脂活性,根据IMP的功效差异验证AMPK是IMP的作用靶点。利用蛋白质免疫印迹(Western blot)实验探究IMP给药对正常小鼠肝脏内AMPK下游的脂质分解代谢相关蛋白表达的影响情况。IMP诱导正常小鼠产生早期NAFLD症状,db/db小鼠自发产生NAFLD症状和IMP诱导db/db小鼠产生的肝硬化症状反映了高嘌呤饮食环境中的人类因瘦素抵抗逐渐恶化,出现不同阶段的NAFLD的原因。发现每个阶段的差异表达的蛋白质种类可解析NAFLD演化的分子机制。基于TMT定量蛋白质组学发现不同诱因导致小鼠NAFLD发病的肝细胞内蛋白种类和利用生物信息学方法研究IMP通过诱发这些蛋白质表达变化导致NAFLD发生和演化的作用机制。实验结果IMP对正常小鼠体重无显著影响,100 mg/(kg mb·d)IMP引起小鼠体脂率显著升高,表明高剂量IMP促进正常小鼠体内脂质积累。IMP给药后各组小鼠的血脂较正常组升高,乙酰辅酶A含量随IMP给药剂量的升高而升高,炎症因子随IMP给药剂量的升高而降低,肝损伤因子无显著变化。肝组织切片经油红O染色观察发现低剂量组小鼠肝脏无明显的脂肪蓄积,中、高剂量组小鼠肝脏内出现脂质蓄积现象,脂肪蓄积量和IMP剂量为正相关,表明高剂量的IMP给药依然促进正常小鼠NAFLD,但即使是高剂量IMP,诱导的正常小鼠NAFLD的症状可能逆转,因此不能武断地判定IMP有食品危害性。但对严重瘦素抵抗体质的小鼠或人,不宜在饮食中额外添加IMP,同时要避免高嘌呤饮食。DNA彗星电泳实验显示仅IMP给药的db/db小鼠肝脏DNA被损伤,表明IMP对db/db这样的极端瘦素抵抗体质的小鼠有促进肝细胞癌变的活性,验证了 IMP诱导db/db小鼠出现的症状为癌变前期的NAFLD-LC。利用AMPK抑制剂进一步验证AMPK是否为IMP在肝细胞内的作用靶点,证明IMP和AMPK形成复合体导致AMPK激活,引发了脂肪酸β氧化反应加速,促进了乙酰辅酶A蓄积、TG合成和肝脏氧化应激等诱发db/db小鼠的NAFLD-LC。蛋白质免疫印迹(Western blot)实验发现IMP活化AMPK促进ACC1和ACC2表达和磷酸化,加速脂肪酸β氧化生成乙酰辅酶A,促进脂肪合成;同时诱导ATGL表达促进脂肪分解。表明IMP作用下正常小鼠肝脏内出现了促进脂肪蓄积和脂肪分解的互相拮抗。低剂量IMP作用时脂肪分解能力大于合成能力,中、高剂量IMP作用时脂肪分解能力小于蓄积能力,因而观察到IMP促进脂肪蓄积和剂量之间存在正相关。TMT定量蛋白质组学和生物信息学方法发现IMP导致正常小鼠肝脏内Hepcidin等4种蛋白含量显著增加,补体成分C9(C9)等23种蛋白表达显著减少;IMP导致db/db小鼠肝脏内Phospho1等65种蛋白显著增加,Camlg等110种蛋白表达显著减少。db/db小鼠相对于正常小鼠,肝脏内Get4等260种蛋白表达显著增加,Jagn1等148种蛋白表达显著减少。IMP诱导正常小鼠、IMP诱导db/db小鼠以及db/db小鼠产生各自表型的NAFLD进程中C9表达量都降低,表明IMP通过下调C9表达引起肝细胞炎症是促进NAFL发生和进展为NAFLD-LC的原因,这种炎症发生和肝细胞内脂质变性无因果关系。此外,db/db小鼠相对于正常小鼠,肝细胞胞间质(ECM)沉积相关的蛋白质如ITB3、LAMB2等的表达量显著提升,是导致NAFLD-LC发生的必要条件。结论对照IMP诱导正常饮食的C57/BL6J小鼠和db/db小鼠出现的NAFLD的表型差异和作用机制证明NAFLD-LC发病的必要条件是高度瘦素抵抗体质动物体内出现IMP过剩。此外,IMP导致肝脏内补体蛋白C9的表达下调是引发非酒精性脂肪肝炎,加速NAFLD恶化,为研究NAFLD-LC的发病机制提供新思路。这些结果证明了常规饮食条件下,由于代谢异常或过量摄入IMP引发体内嘌呤核苷酸过剩是NAFLD发生和演化的原因。因此,正常饲养条件下用IMP诱导正常小鼠可建立NAFLD的疾病新模型,IMP诱导db/db小鼠可建立NAFLD-LC疾病新模型,这两种模型分别反映了高嘌呤饮食环境中的人类NAFLD或NAFLD-LC的病理特征,为NAFLD发病和演化为肝硬化分子机制研究指明了新方向。
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