L-茶氨酸对高蛋白饮食结构下神经递质类物质的调节作用及其机制

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随着生活水平的提高,人们对海鲜、奶类等富含蛋白质的饮食摄入量日益增多,但长期或过量摄入蛋白质饮食会诱发神经性疾病而危害机体健康。L-茶氨酸是茶叶中一种非蛋白质氨基酸,分子结构类似于谷氨酸,具有调节免疫、延缓衰老等多种生物活性,能够穿过血脑屏障,调节大脑神经递质的含量,改善大脑认知水平,但鲜见L-茶氨酸调节高蛋白饮食结构下神经递质类物质的相关研究。本研究通过低(100 mg·kg-1·d-1,LL)、中(200 mg·kg-1·d-1,ML)、高(400 mg·kg-1·d-1,HL)三种剂量的L-茶氨酸干预分别饲喂普通饲料(蛋白质供能比为20%,P2)、不同高蛋白饲料(蛋白质供能比分别为30%,P3;40%,P4;50%,P5)的6周龄SPF级SD雄性大鼠40d,采用旷场实验、明暗箱实验观察、生理生化表征、代谢组学、蛋白组学、Western blot等技术方法,研究分析L-茶氨酸对高蛋白饮食结构下神经递质类物质的调节作用及其机制。主要研究结果及结论如下:(1)与P2CK相比,P3CK、P4CK、P5CK各组大鼠的平均日采食量减少(P<0.05);与P4CK相比,P4ML大鼠体质量增长总量增加(P<0.05);P5CK大鼠进入旷场箱的水平格子数、垂直次数以及进入明箱的次数、时间减少(P<0.05);与P5CK相比,P5LL大鼠在明箱的停留时间、P5LL与P5ML大鼠在旷场箱的水平格子数以及P5LL、P5ML、P5HL大鼠在旷场箱的垂直次数、进入明箱的次数增加(P<0.05)。结果提示:高蛋白饮食可引起大鼠厌食,导致采食量减少。蛋白质供能比为50%的高蛋白饮食对大鼠自主行为产生显著的不良影响,L-茶氨酸干预能够改善高蛋白饮食大鼠的自主行为,并有增加体质量、改善饮食状态的作用。(2)与P2CK相比,P3CK、P4CK、P5CK大鼠脑组织椎体细胞排列松散、无规则,神经元、尼氏小体数量减少,细胞核固缩,核仁碎裂,坏死细胞增多。与不同水平高蛋白饮食组相比,各L-茶氨酸干预组神经元损伤得到改善,细胞形态清晰、数量增加、间隙缩小,坏死细胞减少,锥体细胞、尼氏小体数目增加,核仁碎裂现象好转。说明L-茶氨酸能够改善高蛋白饮食大鼠脑组织的形态结构。(3)与P2CK相比,P3CK、P4CK、P5CK血清中多巴胺(DA)、5-羟色胺(5-HT)、去甲肾上腺素(NE)含量减少不显著(P>0.05);P3CK、P4CK、P5CK脑中γ-氨基丁酸(GABA)以及P4CK乙酰胆碱(ACh)减少(P<0.05),脑源性神经营养因子(BDNF)下调(P<0.05)、谷氨酸(Glu)增加(P<0.05);与P5CK相比,P5LL、P5ML、P5HL血清中DA、NE含量升高(P<0.05),同时P5LL血清中5-HT含量升高(P<0.05);与P4CK相比,P4LL、P4ML脑中ACh升高(P<0.05),BDNF上调(P<0.05),P4ML Glu、GABA降低(P<0.05)。与P2CK相比,P3CK、P4CK、P5CK肝脏中Glu升高(P<0.05),P4CK、P5CK ACh以及P4CK GABA减少(P<0.05);与P4CK相比,P4LL、P4ML GABA以及P4ML ACh升高(P<0.05)。结果提示:高水平高蛋白饮食可诱导抑郁行为并影响认知能力,L-茶氨酸具有调节高蛋白饮食大鼠神经递质类物质的作用。(4)L-茶氨酸干预正常饮食大鼠后,GULO、CSAD、PF4等6个差异蛋白主要富集于炎症反应、趋化因子等信号通路中,2-AG、乙酰胆碱等75个差异代谢产物主要富集于多巴胺能突触、酪氨酸代谢等通路中;由于PF4能促进下游蛋白GNAI表达,作用于MAPK信号通路,因此预测L-茶氨酸可能会通过PF4调节神经递质类物质。与正常饮食组相比,高蛋白饮食组产生了主要富集于胆固醇生物合成、天门冬氨酸代谢的ETNPPL、GOT1、ASS1、CD36、PTTG1IP等37个差异蛋白,以及主要富集于一次胆汁酸的生物合成、胆固醇代谢等通路中的胆固醇、肌醇等153个差异代谢物。L-茶氨酸干预高蛋白饮食大鼠后,FABP5和RT1-A1等6个差异蛋白发生显著变化,主要富集于内源性大麻素对逆转突触的调节、DATP分解代谢过程等通路中,87个差异代谢产物主要富集在花生四烯酸代谢、胆汁分泌通路。分析发现,P4CK vs.P2CK显著上调,P4HL vs.P4CK发生显著下调的差异蛋白有:ABHD12、BCL2L13、HNRNPDL、SNW1、MAT1A;P4CK vs.P2CK下调,P4HL vs.P4CK显著上调的差异蛋白有:IFIT2、NAT8、RGD1309362;结合高水平高蛋白饮食机体中2-AG显著下调,L-茶氨酸干预后呈上调趋势,预测L-茶氨酸能够通过调节ABHD12激活AC-PKA通路,调节高蛋白饮食结构下神经递质类物质。(5)PF4在蛋白组学结果中发生显著变化,在KEGG趋化因子信号通路中,PF4促进下游蛋白GNAI表达。Western blot显示,肝脏GNAI2,P2HL上调(P<0.05),P4CK及P4HL下调(P<0.05);大脑GNAI2,P2HL及P4CK下调(P<0.05),P4HL上调(P<0.05);大脑RIM1,P4CK上调(P<0.05);大脑PKAC-β,P2HL及P4CK下调(P<0.05);肝脏PKAC-β,P2HL及P4HL上调(P<0.05),P4CK下调(P<0.05);ABHD12、ADCY5在大脑中表达发生变化,但不显著(P>0.05);由此说明,L-茶氨酸能够通过PF4作用于MAPKs信号通路以及通过ABHD12激活AC-PKA通路,调节神经递质类物质。综上,L-茶氨酸调节正常机体蛋白PF4,促进下游蛋白GNAI表达,作用于MAPKs信号通路,调节神经递质类物质。高蛋白饮食通过作用于胆固醇代谢等通路,导致机体代谢失常,引发神经性代谢疾病,进而调节大脑、肝脏神经递质类物质含量,导致脑组织形态学发生变化。L-茶氨酸干预高蛋白饮食机体,能够通过蛋白ABHD12激活AC-PKA通路,降低Glu含量,提高DA、5-HT、NE、GABA、BDNF、ACh含量,改善大鼠脑组织形态学变化,改善大鼠在明暗箱和旷场实验中的行为学表达,提高认知能力,改善由高蛋白饮食引起大鼠厌食,增加采食量,从而增加体质量,从而发挥神经保护作用,改善认知能力。
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