CaMKⅡ/PGC-1α通路在乐果致鸡骨骼肌卫星细胞胰岛素抵抗中的机制研究

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我国作为一个农业发展大国,农药的使用十分广泛,并且现如今农药的应用不仅局限于农业方面,还广泛应用于日常生活的杀虫灭菌中。乐果作为一种具有廉价、杀虫谱广、毒性低的有机磷农药被广泛应用于农业与非农业方面。关于有机磷农药的急性毒性作用已经有大量的研究和临床病例阐明,但其长期低剂量对机体是否存在毒性作用还存在争议。现研究已发现有机磷农药中毒会引起高血糖以及尿糖等临床症状,但具体发生机制尚未明确;而机体糖脂代谢紊乱又与线粒体功能密切相关,但这三者之间是否存在相互联系目前尚未可知。因此,本研究以原代鸡骨骼肌卫星细胞为研究对象,探究CaMKII/PGC-1α通路在鸡骨骼肌卫星细胞抗氧化能力、线粒体生物合成以及维持糖代谢平衡中的机制,为乐果致原代鸡骨骼肌卫星细胞胰岛素抵抗提供一定的理论依据。1.原代鸡骨骼肌卫星细胞分离纯化方法优化与鉴定为探究鸡骨骼肌卫星细胞分离、培养、纯化、分化以及鉴定的技术,并优化传统骨骼肌卫星细胞分离方法,本试验选取12胚龄清洁级鸡胚,综合松散肌肉纤维和消化游离细胞等原理,采用自制混合酶消化法分离细胞,并对后续的细胞纯化、体外培养、分化进行一系列的优化;同时从形态学鉴定、免疫标记法以及特异性基因检测三个方面对分离纯化所得的细胞进行鉴定,从而建立一种原代鸡骨骼肌卫星细胞的自制混合酶分离法。结果显示:刚分离纯化的细胞折光性强,24h后贴壁并呈纺锤状;诱导分化后细胞融合并随着时间推移形成排列整齐的肌管;优化分离方法后细胞存活率为(90.82±1.294)%,优化纯化方法后细胞纯度为(90.44±1.264)%;免疫标记法检测标志性蛋白Pax7、Desmin表达阳性;qRT-PCR检测标志性基因Pax7、MyHC、MyoD1阳性,并且静止期Pax7基因转录水平为分化后的1.705倍,而分化期MyHC基因转录水平是静止期的13.073倍。结果表明:本试验建立了快速便捷的自制混合酶消化法,为鸡骨骼肌基础研究、肉制品改良以及后续的实验奠定了基础。2.乐果致原代鸡骨骼肌卫星细胞毒性损伤的研究为探究乐果致原代鸡骨骼肌卫星细胞毒性损伤的作用,本试验选用不同浓度乐果(0、0.125、0.25、0.5、1mM),以原代鸡骨骼肌卫星细胞为对象,分别处理细胞12h、24h。采用CCK-8法检测乐果对原代鸡骨骼肌卫星细胞增殖的影响;光镜、扫描电镜观察乐果对细胞形态的影响;微板法检测MDA含量以及CK、CAT、T-SOD酶活力;流式细胞术检测ROS含量;化学发光法检测胞浆内外Ca2+水平;qRT-PCR检测MyHC、MSTN及HSP70转录水平。结果显示:与对照组相比0.125mM乐果对细胞的增殖没有影响,而0.25mM乐果对细胞的生长具有显著的抑制性(P<0.05);随着乐果浓度升高,可以观察到肌管出现断裂、拉丝和增宽的现象;0.25、0.5mM乐果处理细胞12h、24h后,MDA含量、CK酶活力均呈极显著的上升(P<0.01);CAT、T-SOD酶活力在0.25mM乐果处理后极显著的上升(P<0.01),在0.5mM乐果处理后呈极显著下降(P<0.01);细胞ROS含量及胞浆内Ca2+水平均呈极显著的上升(P<0.01);MyHC、MSTN基因转录水平均在0.25mM、0.5mM乐果处理后出现显著(P<0.05)和极显著的下降(P<0.01);Hsp70基因转录水平在0.25mM、0.5mM乐果处理12h后呈显著的下降(P<0.05),24h后呈极显著的上升(P<0.01)。结果表明:乐果可抑制原代鸡骨骼肌卫星细胞增殖、诱导细胞形态损伤并导致肌肉损伤以及氧化应激的发生。3.乐果致原代鸡骨骼肌卫星细胞线粒体损伤的研究为探究乐果致原代鸡骨骼肌卫星细胞线粒体损伤的机制,选用不同浓度乐果(0、0.25、0.5mM),以原代鸡骨骼肌卫星细胞为对象,分别处理12h、24h。微板法检测CS酶活性;流式细胞术检测线粒体内Ca2+水平;Western blot检测Cyt-c蛋白表达水平;Mito-Tracker Green探针装载观察线粒体形态、透射电镜观察线粒体超微结构;qRT-PCR检测线粒体生物合成及融合分裂相关基因转录水平。结果显示:与对照组相比,0.25、0.5mM乐果处理细胞12h后,CS酶活力出现显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)的下降,24h后呈现显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)的上升;线粒体内Ca2+水平呈现极显著的上升(P<0.01);Cyt-c蛋白表达水平在0.5mM乐果处理12h后显著下降(P<0.05),24h后呈极显著的上升(P<0.01);线粒体形态在乐果处理后出现了碎片化和弥散,透射电镜观察到线粒体内部空泡化、线粒体嵴模糊;线粒体生物合成相关基因Tfam、Nrf-1转录水平在0.5mM乐果处理12h后呈极显著上升(P<0.01),处理24h后极显著下降(P<0.01);线粒体分裂融合相关基因Mfn-1、Mfn-2、Drp-1、Opa-1转录水平均呈现极显著上升(P<0.01)。结果表明:乐果导致原代鸡骨骼肌卫星细胞线粒体内外部形态发生明显变化,并抑制线粒体生物合成相关基因转录水平,同时诱导线粒体融合分裂紊乱,最终导致原代鸡骨骼肌卫星细胞线粒体损伤。4.乐果致原代鸡骨骼肌卫星细胞胰岛素抵抗的机制研究为探究乐果致原代鸡骨骼肌卫星细胞胰岛素抵抗的机制,选用不同浓度乐果(0、0.25、0.5mM),以原代鸡骨骼肌卫星细胞为对象,分别处理12h、24h。采用微板法检测蛋白质羰基和ATP含量;qRT-PCR检测钙离子通道相关基因CaaMKII、PGC-1α、PKA、PP2A转录水平;流式细胞术检测葡萄糖摄入水平;western blot检测胰岛素抵抗相关蛋白IRS-1、AKT、P-AKT表达水平;qRT-PCR检测葡萄糖转运体GLUT1/8/12转录水平。结果显示:与对照组相比,0.25mM、0.5mM乐果处理细胞12h、24h后,蛋白质羰基和ATP含量均极显著的升高(P<0.01);乐果处理12h后CaMKII转录水平呈显著(P<0.05)和极显著下降(P<0.01),而PGC-1α、PKA转录水平呈极显著的上升趋势(P<0.01),PP2A呈现显著(P<0.05)或极显著的上升(P<0.01);乐果处理24h后,CaaMKII、PP2A转录水平呈现显著的上升趋势(P<0.05),PKA、PGC-1α呈极显著的下降趋势(P<0.01);0.5mM乐果处理细胞12h后,葡萄糖摄入水平显著上升(P<0.05),24h后呈极显著的下降(P<0.01);0.25mM、0.5mM乐果处理12h后,IRS-1蛋白表达水平呈极显著的上升(P<0.01),24h后呈现极显著的下降(P<0.01);P-AKT蛋白表达水平呈极显著的下降(P<0.01);葡萄糖转运体GLUT1/8/12在乐果处理12h后极显著的上升(P<0.01),24h后极显著下降(P<0.01)。结果表明:低剂量乐果可致原代鸡骨骼肌卫星细胞蛋白质羰基化水平提高,破坏线粒体内Ca2+稳态,通过激活CaMKII转录水平而抑制下游线粒体合成相关基因PGC-1α的转录;并在下调PKA/IRS-1表达的同时通过PP2A抑制AKT的磷酸化使得胰岛素信号无法传递至葡萄糖转运体,最终导致原代鸡MSC胰岛素抵抗。
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