不同骨骼肌来源的外泌体携带miR-27a-3p调节肌间FAPs成脂分化的研究

来源 :重庆医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hnkfxwj
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目的:营养过剩导致的肥胖已经成为威胁人们健康的重大公共卫生问题。肥胖是胰岛素抵抗的主要危险因素,而胰岛素抵抗是2型糖尿病,心血管疾病等代谢性疾病的关键病因。肥胖所致的脂肪过多积累常常累及肝脏、胰腺以及骨骼肌等组织,这部分异位脂肪(Ectopic fat)可加剧胰岛素抵抗(Insulin resistant,IR)。研究表明,肌肉来源的纤维/脂肪祖细胞(Fibro/adipogenic progenitors,FAPs)分化形成的脂肪细胞与皮下白色脂肪细胞具有相似的细胞功能与特征,但FAPs来源的脂肪细胞具有胰岛素抵抗特征。一项临床研究发现,仅占大腿总脂肪组织3%以下的肌间脂肪组织(Intermuscular adipose tissue,IMAT)与胰岛素敏感性呈显著负相关。由此可见,积极探讨骨骼肌肌间脂肪生成机制以及如何减少肌间脂肪浸润对改善肥胖状态下胰岛素抵抗具有重要意义。研究表明,不同肌群表现出差异的肌间脂肪生成水平,可见肌肉微环境对于FAPs的增殖分化具有某些影响,但作用机制尚不十分明确。因此,我们拟从骨骼肌微环境的角度探索骨骼肌肌间脂肪差异成脂的原因,为改善肥胖胰岛素抵抗提供新的思路。方法:(1)通过苏木素-伊红(Hematoxylin and eosin,H&E)染色以及免疫荧光(Immunofluorescence,IF)观察瘦的受试者(Lean subjects)与肥胖者(Obese subjects)肌间脂肪浸润情况;利用正常饲料(Normal diet,ND)和60%高脂饲料(High fat diet,HFD)持续饲养SPF级雄性C57BL/6J小鼠6月,构建饮食诱导肥胖(Diet-induced obesity,DIO)模型小鼠收集下肢股四头肌(Quadriceps,Quad),腓肠肌(Gastrocnemius,Gastro),胫骨前肌(Tibialis anterior,TA)以及比目鱼肌(Soleus),观察各肌群肌间脂肪浸润情况;并通过Western blot检测肌肉组织中关键成脂调控因子C/EBPa,PPARg水平以及p-AKT/AKT蛋白表达水平。(2)分别提取ND组和HFD组小鼠Quad和Soleus,体外予以无血清DMEM培养基培养24小时,收集培养上清,并提取培养上清中外泌体,经透射电镜,纳米粒径分析以及Western blot鉴定外泌体后进行micro RNA测序分析,筛选出差异表达的mi R-27a-3p;进一步验证其在人体临床肌肉样本,ND和HFD饲养小鼠肌肉及其外泌体中的表达差异性。(3)提取原代FAPs,并通过流式检测技术CD31-CD45-PDGFRa+标记鉴定FAPs。利用化学合成的mimics negative control(mimics NC),mi R-27a-3p mimics,inhibitors negative control(inhibitors NC)以及mi R-27a-3p inhibitors分别干预原代FAPs成脂分化。通过油红“O”(Oil red O,ORO)染色观察FAPs成脂分化情况,并检测成脂关键调控因子C/EBPa,PPARg表达水平;同时利用agomir NC及mi R-27a-3p agomir分别进行胫骨前肌左右侧注射,验证mi R-27a-3p对甘油诱导的肌间脂肪浸润的影响,通过H&E染色及IF观察肌间脂肪浸润形态学变化,Western blot检测p-AKT/AKT,p-GSK3b/GSK3b蛋白表达水平。(4)通过Target Scan网站预测mi R-27a-3p靶基因,并构建3’UTR荧光素酶报告载体验证mi R-27a-3p是否可与预测靶基因PPARg 3’UTR序列结合。(5)结合数据集GSE185466测序结果以及文献查阅,验证ND组和HFD组Quad(快肌)和Soleus(慢肌)中Stat1,Stat3的m RNA水平以及p-STAT1/STAT1,p-STAT3/STAT3蛋白表达水平;接着分别予以不同浓度棕榈酸,葡萄糖处理C2C12细胞24小时后,检测p-STAT3/STAT3表达水平。(6)结合JASPAR网站预测发现STAT3可能参与mi R-27a转录调控。在C2C12细胞中过表达STAT3,检测mi R-27a-3p水平;并通过构建mi R-27a启动子报告载体,利用荧光素酶报告实验验证STAT3调控mi R-27a表达。结果:(1)肥胖受试者肌间脂肪浸润明显增加;DIO小鼠Quad(快肌)中明显脂肪组织浸润,而Gastro,TA以及Soleus(慢肌)无脂肪浸润。HFD组Quad中C/EBPa,PPARg表达水平显著高于Soleus;HFD组小鼠Soleus中p-AKT/AKT水平下降,Quad中p-AKT/AKT水平显著下调。(2)外泌体micro RNA测序分析显示在HFD组小鼠Soleus来源外泌体中mi R-206-3p,mi R-27a-3p,mi R-23a-3p等表达水平显著高于Quad来源外泌体;同时在Quad和Soleus组织及其来源的外泌体中验证mi R-27a-3p表达显示ND组小鼠Quad中mi R-27a-3p表达低于Soleus;且与ND组相比,高脂干预下调Quad而非Soleus的mi R-27a-3p水平。这一结果在对应肌肉来源外泌体中得到一致验证。此外,临床样本中与瘦的受试者比较,肥胖受试者肌肉中mi R-27a-3p表达呈下降趋势,无统计学差异。(3)ORO结果显示,与mimics NC组比较mi R-27a-3p抑制FAPs成脂分化,而mi R-27a-3p inhibitors组较inhibitors NC组上调FAPs成脂分化;同时WB表明,与mimics NC组相比,mi R-27a-3p显著抑制PPARg表达;mi R-27a-3p inhibitors较inhibitors NC显著上调PPARg表达。而mi R-27a-3p组中C/EBPa表达较mimics NC组呈下调趋势,mi R-27a-3p inhibitors组中C/EBPa表达较inhibitors NC呈上调趋势,无统计学差异。体内实验H&E及IF表明mi R-27a-3p抑制甘油诱导的肌间脂肪浸润,同时上调胫骨前肌中p-AKT/AKT,p-GSK3b/GSK3b表达水平。(4)Mi R-27a-3p可以直接靶向结合PPARg 3’UTR序列。(5)高脂干预后Quad中p-STAT3/STAT3表达显著高于Soleus;高棕榈酸而非高糖上调C2C12细胞中p-STAT3/STAT3水平。(6)C2C12细胞中过表达STAT3下调mi R-27a-3p表达;启动子荧光素酶报告验证STAT3可以抑制mi R-27a转录水平。结论:(1)肥胖状态下骨骼肌肌间脂肪浸润增加,肌肉组织p-AKT/AKT蛋白水平显著下调;(2)快慢肌差异分泌的外泌体携带的mi R-27a-3p可以靶向PPARg抑制FAPs成脂分化,减少甘油诱导的肌间脂肪浸润;(3)高棕榈酸刺激上调C2C12细胞中p-STAT3/STAT3表达,而STAT3可下调mi R-27a-3p表达。因此,我们推测高脂诱导快慢肌不同水平的STAT3磷酸化激活(p-STAT3/STAT3),这可能调控mi R-27a-3p差异表达,从而导致快慢肌差异的肌间脂肪生成。
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