目的:肥胖与代谢性疾病和癌症的易感性相关,已经成为严重的公共健康问题。碘作为一种重要的微量元素,除了直接参与甲状腺激素的合成外,近来大量临床研究发现碘营养状态与体重呈负相关,碘过量降低中心性肥胖发生风险,但其作用机制研究尚存空白。白色脂肪组织（white fat tissue,WAT）堆积导致超重和肥胖,脂肪氧化应激与肥胖的发病密切相关。碘是一种无机抗氧化剂,可以清除活性氧（reactive oxygen species,ROS）。脂肪ROS的清除可促进健康脂肪的扩张,减少异位脂质沉积,提高胰岛素敏感性。核因子E2-相关因子2（nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2）,也称为NFE2L2,是一种重要的转录因子,对含有抗氧化反应元件（antioxidant response elements,ARE）的基因进行转录调控。Kelch样ECH相关蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1,Keap 1）是Nrf2的抑制剂,当Nrf2与Keap 1解离后,由细胞质进入细胞核,从而激活下游抗氧化酶基因的表达,包括血红素加氧酶1（heme oxygenase-1,HO-1）等,降低细胞内ROS水平,抗氧化保护作用增强。同时,Nrf2-Keap1信号通路在调控脂肪细胞分化和白色脂肪棕色化方面也发挥着重要作用。3T3-L1脂肪前体细胞,是研究成脂分化、脂质代谢和白色脂肪棕色化等表型的常用体外模型,细胞一旦分化成熟,可表达白色和棕色脂肪细胞的特征。利用转录组测序技术（transcriptome sequencing,RNA-seq）深入挖掘碘干预3T3-L1细胞时基因的表达变化及响应的分子机制。早期应答基因3（immediate early response gene 3,IER3）,通常由各种刺激因素诱导产生,既往多个研究显示IER3与Nrf2具有负向调控作用,IER3低表达可激活Nrf2,增强组织对抗损伤的能力。另外,IER3高表达还可促进人脂肪祖细胞（adipose progenitor cell,APC）增殖,抑制APC分化,与脂肪组织扩张和肥胖相关。本研究旨在通过RNA-seq技术筛选出碘干预3T3-L1细胞时的差异表达基因,并利用3T3-L1细胞系和Wistar大鼠进行体外体内实验,探讨IER3/Nrf2信号通路在碘干预影响脂肪细胞分化及白色脂肪棕色化中的作用机制。研究方法:第一部分:分别在碘浓度为1μM和10μM干预下培养3T3-L1细胞并诱导分化,1μM碘浓度为对照组（control,Con）,10μM碘浓度为碘干预组（high iodine,HI）,分别进行转录组测序,将得到的差异表达基因（differentially expressed genes,DEGs）进行GO和KEGG富集分析,并对显著差异表达基因进行q RT-PCR验证。第二部分:培养3T3-L1细胞,细胞增殖-毒性检测试剂盒（cell counting kit-8,CCK8）法检测碘对细胞增殖的影响。不同浓度碘干预下（0μM,1μM,5μM,10μM和100μM）,培养并诱导分化3T3-L1细胞,q RT-PCR、Western blot检测脂肪分化的关键转录因子的m RNA和蛋白表达水平,油红O染色检测脂滴,观察碘对脂肪细胞分化的影响;q RT-PCR、Western blot检测棕色脂肪标记性分子的m RNA和蛋白表达水平,seahorse测定细胞氧气消耗速率（oxygen consumption rate,OCR）,观察碘对白色脂肪棕色化的影响。DCFA-DA法测定细胞内ROS水平,q RT-PCR、Western blot检测IER3/Nrf2信号通路核心分子的m RNA和蛋白表达水平,免疫荧光检测Nrf2蛋白表达,观察碘对细胞内氧化还原状态和IER3/Nrf2抗氧化通路的影响。分别质粒转染技术过表达IER3和RNA干扰技术沉默Nrf2后,检测过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator activated receptorγ,PPARγ）和解偶联蛋白1（uncoupling protein 1,UCP1）蛋白表达水平,进一步阐明碘通过IER3/Nrf2信号通路调控脂肪细胞分化与棕色化。第三部分:60只4周龄雄性Wistar大鼠,通过碘化钾（potassium iodide,KI）水喂养建立高碘喂养（high iodine,HI）和正常碘营养（normal iodine,NI）大鼠模型,喂养24周,电感耦合等离子体-质谱法（inductively coupled plasma-mass spectrometry,ICP-MS法）测定大鼠尿碘水平,酶联免疫吸附法（enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA）法测定血清甲状腺刺激激素（thyroid stimulating hormone,TSH）、总三碘甲腺原氨酸（total triiodogenitonic acid,TT3）、总甲状腺素（total thyroxine,TT4）水平确定模型建立成功。监测大鼠体重、肾周脂肪组织（perirenal renal white fat tissue,pr WAT）重量,计算pr WAT重量/体重比,探索碘对大鼠体重和脂肪含量的影响。留取pr WAT进行HE染色、Western blot检测,验证碘对脂肪细胞形态、PPARγ、UCP1以及IER3/Nrf2信号通路的作用。结果:第一部分:与Con组相比,HI组共富集到2193个差异表达基因（p-adjust＜0.05）。其中,差异最显著且显著下调的基因主要包括IER3、DUSP6、DUSP1、PHLDA1和BTG2等;GO分析结果表明,差异基因主要分布在生物过程的细胞过程、生物调节和代谢过程,细胞组分的细胞部分和细胞器部分,以及分子功能的结合和催化活性等分类;KEGG分析结果显示,差异基因在MAPK信号通路、肿瘤相关通路高度富集。第二部分:3T3-L1细胞有钠碘同向转运体（sodium iodine transporter,NIS）表达,具有摄取碘能力。CCK-8法检测细胞增殖情况,72小时结果显示,与0μM组比较时,10μM组细胞增殖率升高（P＜0.01）;与1μM组比较时,其余各KI干预组细胞增殖率无统计学差异。油红O染色检测脂肪细胞分化程度,与1μM组比较,10μM组细胞分化更显著,脂肪细胞更小,半定量分析结果表明,5μM和10μM组脂质积累更多（P＜0.05）。q RT-PCR结果显示,10μM组的脂肪细胞分化标志物分子PPARγ、CCAAT增强子结合蛋白β（CCAAT/enhancer-binding proteinβ,C/EBPβ）、脂肪酸结合蛋白4（fatty acid binding protein 4,FABP4）、脂肪酸合酶（fatty acid synthase,FASN）的m RNA表达水平升高（P＜0.05）。Western blot结果显示,10μM组PPARγ蛋白表达水平同样升高（P＜0.05）。seahorse检测细胞OCR反应线粒体功能,结果表明,碘干预组（5μM和10μM）的基础呼吸、ATP相关呼吸和最大呼吸均显著高于1μM组（P均＜0.01）;备用呼吸能力略高于1μM组（P＜0.05）。10μM组的UCP1和2型脱碘酶（type 2 deiodinase,Dio2）的m RNA和蛋白表达水平更高（P＜0.05）。DCFA-DA法测定细胞内ROS水平,结果显示,相比于1μM组,5μM组和10μM组细胞内ROS水平下降（P＜0.05）。10μM组IER3/Nrf2抗氧化信号通路激活,表现为m RNA和蛋白表达水平IER3降低,Nrf2升高,Keap1降低,HO-1升高。免疫荧光测定3T3-L1细胞内Nrf2蛋白表达,相比于1μM组,5μM和10μM组绿色荧光强度更强,Nrf2蛋白表达更高（p＜0.05）;5μM和10μM组细胞核内的绿色荧光强度更强,核内Nrf2蛋白表达高于1μM组。IER3过表达或敲低Nrf2后,影响了脂肪细胞分化及棕色化能力,碘干预时PPARγ和UCP1表达水平不能呈现上升趋势。第三部分:各时间点（4w,8w,12w,18w和24w）HI组尿碘水平较NI组均升高（P＜0.01）,HI组尿碘均数约为NI组的5-6倍。两组血清TSH、TT3、TT4水平均无统计学差异（P＞0.05）,证明动物模型建立成功。喂养24W后,HI组大鼠体重和pr WAT重量/体重比较NI组下降（P＜0.01）。pr WAT的HE染色结果显示,HI组脂肪细胞分化更好,细胞更多更小,半定量分析表明HI组平均脂肪细胞面积显著小于NI组（P＜0.01）。Western blot检测结果显示,HI组PPARγ和UCP1蛋白表达水平高于NI组（P＜0.05）,并且HI组Nrf2和HO-1蛋白表达水平高于NI组,IER3和Keap1蛋白表达水平低于NI组（P＜0.05）,IER3/Nrf2抗氧化信号通路被激活。结论:1.功能基因m RNA在低浓度碘干预3T3-L1细胞中异常表达,生物信息学分析差异基因参与调节脂肪细胞的结构和功能。2.低浓度碘通过调控IER3/Nrf2信号通路发挥抗氧化作用,促进3T3-L1脂肪细胞分化与白色脂肪棕色化。3.长期低浓度碘过量可减轻大鼠体重及体脂比,参与抵抗肥胖的过程。