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      不同生物素水平對(duì)3T3-L1脂肪細(xì)胞脂肪合成相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的影響

      2018-04-17 06:10:17雒誠(chéng)龍任萬(wàn)平趙艷坤王東海
      新疆農(nóng)業(yè)科學(xué) 2018年2期
      關(guān)鍵詞:生物素脂肪酸葡萄糖

      雒誠(chéng)龍,邵 偉,,任萬(wàn)平,趙艷坤,王東海,余 雄

      (1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊 830052;2.新疆肉乳用草食動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830052)

      0 引 言

      【研究意義】生物素是動(dòng)物體內(nèi)一種重要的羧化酶,由于其可通過(guò)機(jī)體內(nèi)源合成,因此生物素缺乏現(xiàn)象極為罕見,這也造成了對(duì)生物素的研究相對(duì)較少。隨著研究的推進(jìn),近來(lái)發(fā)現(xiàn)生物素有助于機(jī)體促進(jìn)正常糖脂代謝,并改善機(jī)體內(nèi)環(huán)境。但就細(xì)胞層面而言,生物素在糖脂代謝過(guò)程中對(duì)相關(guān)物質(zhì)究竟有何影響仍處在摸索階段。【前人研究進(jìn)展】在脂肪細(xì)胞中,細(xì)胞會(huì)將多余的葡萄糖經(jīng)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4(glucose transporter 4,GLUT-4)加速轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)[1],并在己糖激酶(hexokinase,HK)、磷酸果糖激酶(phosphofructokinase,PFK)、丙酮酸激酶(pyruvate kinase,PK)等酶催化下轉(zhuǎn)化為丙酮酸,再經(jīng)轉(zhuǎn)化生成合成甘油三酯(triacylglyceride,TG)的前體物質(zhì)乙酰CoA[2]。乙酰CoA在經(jīng)過(guò)乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase,ACC)、脂肪合成酶(fatty acid synthase,F(xiàn)AS)等一些列酶的催化下合成TG[2],TG再經(jīng)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞脂滴儲(chǔ)存[3]。生物素是機(jī)體內(nèi)必不可少的輔酶因子[4],可參與或間接調(diào)控機(jī)體內(nèi)多項(xiàng)脂合成反應(yīng)[5]。已有研究證明,在奶牛日糧中添喂生物素可提高乳脂、乳糖含量[6],生物素還可通過(guò)調(diào)節(jié)固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白調(diào)節(jié)細(xì)胞脂合成相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)[7],生物素亦可通過(guò)改善細(xì)胞狀態(tài)[8],促細(xì)胞糖利用并向脂質(zhì)轉(zhuǎn)化?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人對(duì)生物素的研究多集中于動(dòng)物整體水平,而于細(xì)胞層面研究較少。研究在體外培養(yǎng)糖脂代謝活躍的3T3-L1脂肪細(xì)胞,并添加生物素進(jìn)行干預(yù),探究生物素對(duì)脂肪細(xì)胞中脂肪合成相關(guān)基因表達(dá)間的影響?!緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】研究不同生物素濃度對(duì)脂肪細(xì)胞中脂肪合成相關(guān)基因表達(dá)的影響,為更好的利用生物素調(diào)控脂肪細(xì)胞發(fā)育提供理論基礎(chǔ)。

      1 材料與方法

      1.1 材 料

      1.1.1主要儀器

      倒置顯微鏡、二氧化碳細(xì)胞培養(yǎng)箱、酶標(biāo)儀、低速離心機(jī)、實(shí)時(shí)定量PCR儀。

      1.1.2主要試劑

      高糖DMEM培養(yǎng)基、油紅O染料、胰島素、地塞米松(DEX)、3-異丁基-1-甲基黃嘌呤(IBMX),吲哚美辛,胰蛋白酶、逆轉(zhuǎn)錄試劑盒、qPCR試劑盒、引物由上海博谷生物科技公司合成。

      1.2 方 法

      1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      按單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì),在細(xì)胞培養(yǎng)液中加入不同劑量的生物素為試驗(yàn)組,使培養(yǎng)基內(nèi)生物素濃度分別達(dá)0 μmol/L、0.2 μmol/L、0.5 μmol/L、1 μmol/L,每組試驗(yàn)3個(gè)平行樣,每個(gè)平行樣3次重復(fù),分別在12 h、24 h、48 h時(shí),檢測(cè)細(xì)胞上清液中甘油釋放量及細(xì)胞內(nèi)GLUT-4、PK、FAS及ACC1 mRNA的相對(duì)表達(dá)量。

      1.2.23T3-L1前脂肪細(xì)胞株的培養(yǎng)與分化[9]

      將3T3-L1前脂肪細(xì)胞株用含10% FBS的高糖DMEM培養(yǎng)基在37℃、5% CO2條件下培養(yǎng)。待細(xì)胞長(zhǎng)滿培養(yǎng)瓶底壁時(shí),將細(xì)胞接種于6孔培養(yǎng)板中,待細(xì)胞長(zhǎng)滿2 d后,加入含10% FBS的DMEM培養(yǎng)基及含0.5 mmol/L IBMX、0.25 μmol/L DEX、10 mg/L胰島素的分化液,培養(yǎng)48 h,再以含10 mg/L胰島素的培養(yǎng)液培養(yǎng)48 h,然后用含10% FBS的DMEM培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng),每隔2 d換液1次,誘導(dǎo)分化8~12 d后,待90%以上的3T3-L1細(xì)胞呈脂肪細(xì)胞表型再進(jìn)行下一步處理。

      1.2.3添加不同濃度生物素干預(yù)

      將誘導(dǎo)分化好的脂肪細(xì)胞以1×105/mL接種于24孔板,用完全培養(yǎng)液培養(yǎng)12 h,待細(xì)胞完全貼壁后,換不同濃度生物素培養(yǎng)基孵化。各組培養(yǎng)基中生物素濃度為0(對(duì)照組)、0.2、0.5、1 μmol/L,每組設(shè)3個(gè)平行復(fù)孔,每孔設(shè)3個(gè)平行。

      1.2.4實(shí)時(shí)熒光定量方法[10]

      參照試劑盒說(shuō)明書提取各組細(xì)胞總RNA,全自動(dòng)酶聯(lián)免疫分析儀測(cè)出RNA濃度以及OD260nm/OD280nm,以提取的總RNA為模板,按照逆轉(zhuǎn)錄試劑盒說(shuō)明書(10 μL,37℃ 15 min,85℃ 5 s)合成cDNA。RCR按20 μL反應(yīng)體系進(jìn)行,反應(yīng)條件:95℃ 30 s變性,95℃ 5 s,60℃ 31 s,50個(gè)循環(huán),上機(jī)自動(dòng)分析熒光信號(hào),并將其轉(zhuǎn)換Ct值,采用ΔΔCt法分析,以磷酸甘油醛脫氫酶(GAPDH)為內(nèi)參基因計(jì)算GLUT-4、PK、FAS、ACC1 mRNA相對(duì)定量值(2-ΔΔCt)?;蛐蛄芯鶑腉enbank中獲取,引物用Primer 5.0軟件進(jìn)行設(shè)計(jì),由上海博谷生物科技有限公司合成。表1

      1.2.5熒光定量PCR引物(表1)

      1.3 數(shù)據(jù)處理

      所有原始數(shù)據(jù)先用Excel 2016進(jìn)行整理,用SPSS 22軟件進(jìn)行單因素方差分析,并用Duncan法進(jìn)行多重比較。以P<0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn),P<0.01作為差異極顯著判斷標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的最終結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

      表1定量PCR 引物信息
      Table1Primer sequences of Real-time fluorescent quantitative PCR

      基因名稱Genename引物序列Primersequences(5’-3’)擴(kuò)增長(zhǎng)度Amplificationlength(bp)退火溫度Annealingtemperature(℃)GLUT-4F:CACCGGCAGCCTCTGATCR:TAAGAGCACCGAGACCAACG18059PKF:TGGATGGGGCTGACTGTATCR:CGTAGCTCCTCAAACAACTGG13958ACC1F:CATCGATAACCCTTCAGCAGAGR:GCCTCGGTTTTGTCGTCC15959FASF:GGGCTACAGAGATGGACTTCGR:AGGCAGCCACTCCAACAAG19059GAPDHF:GAGAAACCTGCCAAGTATGATGR:AGAGTGGGAGTTGCTGTTGAAG12959

      2 結(jié)果與分析

      2.1 生物素濃度對(duì)細(xì)胞GLUT-4 mRNA表達(dá)量的影響

      研究表明,在試驗(yàn)12 h時(shí),各試驗(yàn)組GLUT-4 mRNA相對(duì)表達(dá)量均顯著(P<0.05)高于對(duì)照組;在試驗(yàn)24 h時(shí),1 μmol/L組GLUT-4 mRNA相對(duì)表達(dá)量顯著(P<0.05)高于0.2 μmol/L與對(duì)照組;在試驗(yàn)48 h時(shí),1 μmol/L組GLUT-4 mRNA相對(duì)表達(dá)量顯著(P<0.05)高于對(duì)照組。圖1

      注:同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05);肩標(biāo)不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01);肩標(biāo)相同字母或無(wú)字母標(biāo)注表示差異不顯著(P>0.05)[10],下同

      Note: data in the same column of the shoulder mark different lowercase letters indicate a significant difference (P< 0.05); shoulder standard different capital letters show very significant difference (P< 0.01); shoulder standard the same letter or letter annotation denotes the difference was not significant (P> 0.05).The same as below

      圖1不同生物素濃度下細(xì)胞GLUT-4 mRNA表達(dá)量變化
      Fig.1The Impact of Various Biotin Concentrations on GLUT-4 mRNA Expression Quantity of Cells

      2.2 生物素濃度對(duì)細(xì)胞PK mRNA表達(dá)量的影響

      研究表明,在試驗(yàn)12 h時(shí),各試驗(yàn)組PK mRNA相對(duì)表達(dá)量均顯著高(P<0.05)于對(duì)照組,其中1 μmol/L組PK mRNA相對(duì)表達(dá)量極顯著(P<0.01)高于對(duì)照組、0.2 μmol/L組及0.5 μmol/L組,與之相比分別提升了58.9%、39.1%與29.9%;在試驗(yàn)24 h時(shí),1 μmol/L組PK mRNA相對(duì)表達(dá)量顯著(P<0.05)高于對(duì)照組;在試驗(yàn)48 h時(shí),1 μmol/L 組PK mRNA相對(duì)表達(dá)量極顯著(P<0.01)高于對(duì)照組。圖2

      圖2不同生物素濃度下細(xì)胞PK mRNA表達(dá)量變化
      Fig.2The Impact of Various Biotin Concentrations on PK mRNA Expression Quantity of Cells

      2.3 生物素濃度對(duì)細(xì)胞FAS mRNA表達(dá)量的影響

      研究表明,在試驗(yàn)12 h時(shí),1 μmol/L組與0.5 μmol/L組FAS mRNA相對(duì)表達(dá)量極顯著(P<0.01)高于于對(duì)照組與0.2 μmol/L組;在試驗(yàn)24 h時(shí),各試驗(yàn)組FAS mRNA相對(duì)表達(dá)量與對(duì)照組間差異不顯著;在試驗(yàn)48 h時(shí),0.5 μmol/L組FAS mRNA相對(duì)表達(dá)量極顯著(P<0.01)高于對(duì)照組,并顯著(P<0.05)高于1 μmol/L組。圖3

      圖3不同生物素濃度下細(xì)胞FAS mRNA表達(dá)量變化
      Fig.3The Impact of Various Biotin Concentrations on FAS mRNA Expression Quantity of Cells

      2.4 生物素濃度對(duì)細(xì)胞ACC1 mRNA表達(dá)量的影響

      研究表明,在試驗(yàn)12 h時(shí),1 μmol/L組、0.5 μmol/L組與0.2 μmol/L組ACC1 mRNA相對(duì)表達(dá)量極顯著(P<0.01)高于對(duì)照組;在試驗(yàn)24 h時(shí),1 μmol/L組ACC1 mRNA相對(duì)表達(dá)量極顯著(P<0.01)高于對(duì)照組,0.2 μmol/L組與0.5 μmol/L組ACC1 mRNA相對(duì)表達(dá)量顯著(P<0.05)高于對(duì)照組;在試驗(yàn)48 h時(shí),1 μmol/L組ACC1 mRNA相對(duì)表達(dá)量極顯著高于對(duì)照組與0.2 μmol/L組,0.5 μmol/L組ACC1 mRNA相對(duì)表達(dá)量顯著(P<0.05)高于對(duì)照組與0.2 μmol/L組。圖4

      圖4不同生物素濃度下細(xì)胞ACC1 mRNA表達(dá)量變化
      Fig.4The Impact of Various Biotin Concentrations on ACC1 mRNA Expression Quantity of Cells

      3 討 論

      葡萄糖跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)是脂肪細(xì)胞吸收利用葡萄糖的主要限速步驟之一[11]。研究表明,這一步驟是依靠細(xì)胞膜上的特殊轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白來(lái)完成的[12],這種特殊的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白便是葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。而脂肪細(xì)胞中的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白主要以GLUT-4為主[13]。該試驗(yàn)結(jié)果中:添加生物素的試驗(yàn)組在12、24、48 h時(shí)GLUT-4 mRNA 相對(duì)表達(dá)量均高于對(duì)照組,這表明生物素的添加可以提高GLUT-4 mRNA的表達(dá)。而三個(gè)生物素試驗(yàn)組中,1 μmol/L組在24 h及48 h時(shí)的GLUT-4 mRNA相對(duì)表達(dá)量高于0.2 μmol/L組及0.5 μmol/L組,其中24 h時(shí)極顯著(P<0.05)高于0.5 μmol/L組,雖然在12 h時(shí)GLUT-4 mRNA相對(duì)表達(dá)量低于0.5 μmol/L,但差異并不顯著。這就表明在48 h內(nèi)以1 μmol/L濃度作用脂肪細(xì)胞對(duì)提升細(xì)胞中GLUT-4的相對(duì)表達(dá)效果最佳。GLUT-4作為葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的主要蛋白,其表達(dá)量地提升可以細(xì)胞對(duì)葡萄糖地吸收[14]并可改善脂肪細(xì)胞的胰島素抵抗現(xiàn)象[15]。推測(cè)當(dāng)進(jìn)入胞內(nèi)的葡萄糖越多,用于合成TG的前體物質(zhì)可能會(huì)隨之增加,使TG沉積量提升。而當(dāng)細(xì)胞胰島素抵抗得到緩解時(shí),細(xì)胞對(duì)相應(yīng)細(xì)胞因子的感受可能會(huì)得到提升,加速細(xì)胞內(nèi)TG沉積。以1 μmol/L濃度生物素作用脂肪細(xì)胞時(shí),可通過(guò)提升GLUT-4的表達(dá)進(jìn)而達(dá)到促TG沉積的目的。

      當(dāng)葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞后經(jīng)糖酵解產(chǎn)生丙酮酸,再經(jīng)各類酶催化逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楦视腿ゴ鎯?chǔ)于細(xì)胞當(dāng)中[2]。PK作為糖酵解過(guò)程中關(guān)鍵酶,也是整個(gè)過(guò)程的關(guān)鍵限速酶之一[2]。在試驗(yàn)結(jié)果中:添加了生物素的試驗(yàn)組在12、24及48 h時(shí)PK mRNA相對(duì)表達(dá)量均高于對(duì)照組,這說(shuō)明生物素的添加會(huì)提高細(xì)胞中PK mRNA相對(duì)表達(dá)量。而在添加了生物素的三個(gè)試驗(yàn)組中,1 μmol/L組在12、24及48 h時(shí)PK mRNA相對(duì)表達(dá)量均高于0.2 μmol/L組及0.5 μmol/L組,尤其是在12 h時(shí)差異極顯著(P<0.01),這就說(shuō)明在48 h內(nèi)以1 μmol/L濃度生物素作用脂肪細(xì)胞對(duì)提升細(xì)胞內(nèi)PK的相對(duì)表達(dá),且以12 h時(shí)提升效果最為顯著。王彥等[16]發(fā)現(xiàn)當(dāng)PK蛋白濃度上升時(shí),細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取與轉(zhuǎn)化能力都得到了提升,滕翠琴[17]發(fā)現(xiàn)當(dāng)PK含量呈上升趨勢(shì)時(shí),葡萄糖利用亦趨于穩(wěn)定。當(dāng)葡萄糖吸收量上升時(shí),TG的沉積亦會(huì)增長(zhǎng)[18]。推斷PK相對(duì)表達(dá)的提升可能加速了糖酵解進(jìn)程,使脂合成原料丙酮酸的快速合成,進(jìn)而使TG含量有所提升。以1 μmol/L濃度生物素作用脂肪細(xì)胞時(shí),可通過(guò)提升PK的表達(dá)進(jìn)而達(dá)到促TG沉積的目的。

      ACC1在脂肪酸的代謝過(guò)程中起了重要作用,其可以催化乙酰輔酶A生成丙二酸單酰輔酶A[2],并被證實(shí)可以通過(guò)多種機(jī)制調(diào)控脂肪代謝過(guò)程[18]。在試驗(yàn)結(jié)果中,添加生物素的試驗(yàn)組在12、24及48 h時(shí)ACC1 mRNA相對(duì)表達(dá)量均高于對(duì)照組,這表明生物素的添加能促進(jìn)ACC1的表達(dá)。而三個(gè)試驗(yàn)組中,1 μmol/L組在12 h、24 h及48 h時(shí)ACC1 mRNA相對(duì)表達(dá)量均高于0.2 μmol/L組與0.5 μmol/L組。這表明在48 h內(nèi)以1 μmol/L濃度生物素作用脂肪細(xì)胞對(duì)提升細(xì)胞內(nèi)ACC1的相對(duì)表達(dá)效果最佳。生物素的缺乏將大幅降低羧化全酶合成酶的mRNA表達(dá)量[19],而ACC作為生物素依賴性羧化酶其表達(dá)亦會(huì)受到影響。以1 μmol/L濃度生物素作用脂肪細(xì)胞可能會(huì)有效提升羧化全酶mRNA表達(dá)量進(jìn)而促進(jìn)ACC mRNA的表達(dá)。周紅宇等[20]試驗(yàn)利用瘦素抑制ACC mRNA表達(dá),結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)ACC mRNA表達(dá)下降時(shí),脂肪酸合成亦受到了影響。劉莉莉等[21]試驗(yàn)證實(shí),當(dāng)ACC表達(dá)量提升時(shí),乳腺上皮細(xì)胞的乳脂合成增加。這說(shuō)明生物素可以通過(guò)提升ACC1 mRNA的相對(duì)表達(dá)來(lái)促進(jìn)脂肪酸合成,以達(dá)到促脂合成的目的。

      動(dòng)物的體脂沉積所需要的脂肪酸大多是來(lái)自脂肪酸的從頭合成[2],即由FAS催化下乙酰輔酶A和丙二酸單酰輔酶A合成甘油三酯的過(guò)程。在試驗(yàn)結(jié)果中,添加生物素的試驗(yàn)組在12、24及48 h時(shí)FAS mRNA相對(duì)表達(dá)量均高于對(duì)照組,這表明生物素的添加能促進(jìn)FAS的表達(dá)。而在三個(gè)試驗(yàn)組中,0.5 μmol/L組在12、24及48 h時(shí)FAS mRNA相對(duì)表達(dá)量均高于0.2 μmol/L組與1 μmol/L組。這表明在48 h內(nèi)以0.5 μmol/L濃度生物素作用脂肪細(xì)胞對(duì)提升細(xì)胞內(nèi)FAS的相對(duì)表達(dá)效果最佳。FAS的表達(dá)受到轉(zhuǎn)錄因子固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白(SREBP1c)調(diào)控[22-23],而Ortega-Cuellar試驗(yàn)[24]指出生物素可以激活SREBP1c。以0.5 μmol/L濃度生物素作用脂肪細(xì)胞可能會(huì)有效提升SREBP1c活化程度,進(jìn)而促進(jìn)FAS mRNA的表達(dá)。舒常平等[25]等研究表明,F(xiàn)AS mRNA的表達(dá)可使脂肪快速沉積。這說(shuō)明生物素可以通過(guò)提升FAS mRNA的相對(duì)表達(dá)來(lái)促進(jìn)脂肪酸合成,以達(dá)到促脂合成的目的。

      4 結(jié) 論

      生物素可提升脂肪細(xì)胞GLUT-4、PK、FAS與ACC1 mRNA相對(duì)表達(dá)量;當(dāng)以1 μmol/L生物素作用時(shí),細(xì)胞GLUT-4、PK與ACC1 mRNA相對(duì)表達(dá)量均高于其它試驗(yàn)組并顯著(P<0.05)高于對(duì)照組;當(dāng)以0.5 μmol/L生物素作用時(shí),細(xì)胞FAS mRNA相對(duì)表達(dá)量均高于其它組。通過(guò)不同組間的比較,以1 μmol/L生物素作用脂肪細(xì)胞時(shí)對(duì)GLUT-4、PK與ACC1 mRNA提升效果最佳,以0.5 μmol/L生物素作用時(shí)對(duì)FAS mRNA提升效果最佳。

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