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机体能量代谢失衡会导致肥胖,而肥胖是引发多种代谢疾病的重要原因。因此如何控制脂肪沉积已成为生命科学研究领域的热点问题。线粒体作为细胞内脂肪酸氧化代谢的核心细胞器,对于维持体内能量平衡尤为重要。近年来研究发现,3T3-L1细胞分化伴随线粒体大量增殖,但此过程由哪些基因调控,目前还不清楚。研究表明,PPARγ转录辅助因子1(PGC-1)家族基因PGC-1α和PGC-1?与线粒体生物合成和体内能量代谢密切相关,分化过程线粒体发育是否由PGC-1家族基因调控,还需要研究证明。另外,猪的脂肪沉积模式与啮齿类动物存在显著差异,却与人的更为接近,故可作为研究人类肥胖及相关疾病的理想模型。但是,迄今为止,国内外尚未见有关PGC-1在猪脂肪细胞上的研究报道。而有关PGC-1β在脂肪细胞上的研究也还有诸多空白。本研究以1-3日龄仔猪和18-25日龄的大鼠为实验动物,利用胶原酶消化法获得原代前体脂肪细胞。利用荧光免疫组化、流式细胞术、酶活测定、RT-PCR等方法分析猪前体脂肪细胞分化过程线粒体发育变化;RT-PCR技术检测了PGC-1α和PGC-1β在前体脂肪细胞分化过程中的时序表达;并分析了能量代谢相关激素leptin和T3对PGC-1α和PGC-1β表达及线粒体发育的影响,同时对leptin和T3影响前体脂肪细胞增殖和分化作了研究;最后,结合以上研究基础,利用小分子干扰RNA技术对大鼠PGC-1βmRNA部分干扰,并分析其对大鼠脂肪细胞线粒体发育的影响。得出以下结论:1.猪前体脂肪细胞在分化过程中伴随线粒体大量增殖。在前体脂肪细胞中,线粒体数量较少,分散于胞质中或围绕核分布;在分化的脂肪细胞中,线粒体数量明显增加,多围绕脂滴分布。2.在分化过程中,线粒体氧化呼吸相关基因细胞色素C( Cyt c)、肉碱脂酰转移酶1(CPT1)和苹果酸脱氢酶(MDH)表达明显上调。细胞色素C氧化酶(COX)活性随分化显著升高。解藕联蛋白UCP2随分化mRNA表达下降,而UCP3在白色脂肪细胞中表达量很低,不随分化改变。3. PGC-1α具有明显的组织差异表达特异性,在富含线粒体的组织如心脏、肝脏和肌肉组织中表达量很高,而在以贮存能量为主的白色脂肪组织中表达较低。PGC-1α在前体脂肪细胞中表达量很低,且不随分化改变,而PGC-1β表达量随分化明显升高。4. 10-100ng/ml的leptin可显著上调PGC-1α和PGC-1βmRNA表达;明显促进线粒体氧化呼吸相关基因表达,如,Cyt c、CPT1、UCPs和MDH。Leptin还能显著上调COX酶活性。提示,leptin可能通过上调PGC-1α和PGC-1β表达促进线粒体氧化呼吸功能。5. leptin(10-100ng/ml)对猪前体脂肪细胞有促增殖作用,但不影响前体脂肪细胞分化。对分化决定转录因子PPARγ和C/EBPαmRNA表达也无影响,但明显促进LPL表达。6. 10-1000nM/L的T3可显著促进PGC-1α和PGC-1βmRNA表达,对Cyt c、CPT1、COX、UCPs和MDH mRNA表达及COX酶活性也有明显的上调作用,提示,T3可能通过上调PGC-1α和PGC-1β表达促进线粒体氧化呼吸功能。7. 10-1000 nM/L的T3不影响前体脂肪细胞增殖,但对其分化具有明显的促进作用,显著上调分化关键转录因子PPARγ表达,但对C/EBPα和LPL mRNA表达无影响。8. PGC-1βmRNA部分干扰(40%左右)后,COX和CPT1 mRNA表达显著下降,但对Cyt c mRNA和蛋白表达都无显著影响;未发现PGC-1α代偿性升高;COX酶活有下降趋势。此结果显示,PGC-1β可影响脂肪细胞内部分线粒体相关基因表达和酶活。综上所述,脂肪细胞在分化过程中伴随着线粒体增殖和氧化呼吸功能的增强,由此可见,线粒体不仅是脂肪酸氧化的核心场所,对于细胞内甘油三酯合成同样有着重要作用;在其它细胞中已证明PGC-1α和PGC-1β对线粒体发育的重要的调控作用。在白色脂肪细胞中,PGC-1α表达量很低,且不随分化改变,而PGC-1β在前体脂肪细胞中已有一定量的表达,且随分化表达量升高;PGC-1β部分干扰后,对线粒体相关基因表达及酶活均有下调趋势,由此可以看出分化过程中线粒体发育可能与PGC-1α无关,而主要受PGC-1β或其它转录因子和辅助因子调控;另外,T3和leptin对PGC-1α和PGC-1β都有促进作用,同时,他们可增强线粒体的氧化呼吸功能,提示T3和leptin可能通过影响PGC-1α和PGC-1β从而调控线粒体发育。