C57BL/6J小鼠白色脂肪与棕色脂肪组织蛋白质组学研究

来源 :北京协和医学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jove110
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目的:建立正常C57BL/6J小鼠白色脂肪和棕色脂肪组织蛋白质表达谱;利用高脂饮食诱导肥胖C57BL/6J小鼠模型,探讨肥胖小鼠白色脂肪和棕色脂肪组织蛋白质表达变化;通过对肥胖小鼠分别给予二甲双胍和利拉鲁肽干预,探索两种药物干预对白色脂肪和棕色脂肪蛋白表达谱的影响及其机制。方法:6周龄雌性C57BL/6J小鼠高脂喂养22周,建立肥胖小鼠模型。将肥胖小鼠随机分为三组,分别为二甲双胍干预组(MET, n=12)、利拉鲁肽干预组(GLP-1, n=12),肥胖对照组(HFD, n=12),此外设立正常饮食对照组(NOR, n=10)。药物干预8周,监测各组小鼠的摄食量、体重;行胰岛素耐量试验、糖耐量试验、高胰岛素正常葡萄糖钳夹试验;检测血脂、血清瘦素、脂联素、抵抗素水平;测量性腺周围白色脂肪组织与肩胛区棕色脂肪重量:提取脂肪组织蛋白质并进行酶切,应用基于液相色谱串联质谱(LC-MS/MS)的非标记定量蛋白组学技术,鉴定正常C57BL/6J小鼠白色脂肪和棕色脂肪组织蛋白质表达谱,并对所鉴定蛋白进行定性及定量分析。分别对白色脂肪表达蛋白、棕色脂肪表达蛋白以及二者的差异表达蛋白进行生物信息学分析。应用同位素标记相对或绝对定量(iTRAQ)联合LC-MS/MS的方法,研究高脂饮食小鼠和正常饮食小鼠白色脂肪组织和棕色脂肪组织差异蛋白的表达情况,同时观察二甲双胍和利拉鲁肽干预对肥胖小鼠白色脂肪和棕色脂肪蛋白表达的影响。结果:(1)建立正常小鼠白色脂肪和棕色脂肪蛋白质组表达谱。A.应用基于液相色谱串联质谱的非标记定量蛋白组学技术,鉴定正常C57BL/6J小鼠白色脂肪的蛋白数为5847种,最终定量蛋白数为5408种;棕色脂肪鉴定的蛋白数为4706种,最终定量蛋白数为4260种;其中白色脂肪和棕色脂肪共同表达蛋白3857种,两种组织蛋白相对表达量作比,比值大于4倍的蛋白为1440种,界定为白色脂肪和棕色脂肪相对表达量差异蛋白。B. 白色脂肪和棕色脂肪上述定量蛋白通过IPA软件分析,其中最主要的相关疾病为肿瘤,最重要的相关信号通路为EIF2(真核生物启动因子2)信号通路。C.白色脂肪和棕色脂肪相对表达量差异蛋白最主要的相关生物功能为炎症反应,且在白色脂肪中蛋白表达量相对高;重要的相关信号通路为线粒体功能,在棕色脂肪中蛋白表达量相对高;此外,二者差异蛋白相对集中的生物过程为能量产生和脂质代谢过程。(2)建立肥胖小鼠模型,二甲双胍和利拉鲁肽干预对肥胖小鼠体重、脂肪含量、胰岛素敏感性、血糖、血脂及脂肪因子具有不同程度的改善。A.高脂饮食喂养22周后,小鼠体重显著增加,与正常饮食组相比,是其体重的1.6倍(p=0.000)。MET组给药第8周平均体重较HFD组显下降,差异具有统计学意义(p=0.033); GLP-1组小鼠在给予利拉鲁肽干预第8周,与HFD组相比,体重下降(p=0.000)。与NOR组相比,HFD组小鼠白色脂肪组织含量(脂肪组织重量/体重*100%)增加(p=0.004),而利拉鲁肽干预可以减少腹腔白色脂肪组织的含量(p=0.045),MET组与HFD组腹腔白色脂肪组织含量没有显著性差异。与NOR组相比,HFD组棕色脂肪减少具有统计学意义(p=0.024),而利拉鲁肽和二甲双胍干预对棕色脂肪组织的含量没有显著性影响。B.高胰岛素正常葡萄糖钳夹试验,利用葡萄糖输注率(Glucose infusion rate, GIR)评价胰岛素敏感性。HFD组GIR低于NOR组,且具有统计学差异(p=0.001),与HFD组相比,二甲双胍和利拉鲁肽干预后,GIR增加均具有统计学显著性(p<0.05),而二甲双胍与利拉鲁肽之间无显著性差异(p=O.22)。C.高脂饮食显著升高小鼠甘油三酯和总胆固醇水平,HFD组小鼠TC较NOR组小鼠升高(p=0.000),HFD组小鼠TG升高(p=0.004)。利拉鲁肽干预后,TC水平下降具有统计学显著性(p=0.02),而二甲双胍对TC的影响没有显著性差异(p=0.90)。二甲双胍与利拉鲁肽干预均可以降低TG水平,且具有统计学意义(p<0.05)。D.高脂饮食可以显著性上调小鼠血清瘦素的水平(p=0.000),二甲双胍和利拉鲁肽干预可以下调血清瘦素的水平(p<0.05)。与NOR组相比,HFD组脂联素水平降低具有统计学显著性(p=0.000),二甲双胍干预与利拉鲁肽干预可以使脂联素水平上调,且差异具有统计学意义(p<0.05)。四组血清抵抗素水平变化无显著性差异(p=0.349)。(3)应用iTRAQ联合LC-MS/MS,研究HFD组、MET组、GLP-1组小鼠白色脂肪和棕色脂肪蛋白表达变化。A. 白色脂肪组织中共鉴定总蛋白数4388种,其中可定量蛋白数为4061种,棕色脂肪组织共鉴定总蛋白数3486种,其中可定量的蛋白数为3212种。以NOR组为参照,HFD组、MET组和GLP-1组鉴定出1.5倍以上差异蛋白在白色脂肪中分别为529种、363种和240种,棕色脂肪中鉴定出1.5倍以上差异蛋白分别为727种、240种和217种。B.通过对差异蛋白的生物功能进行综合分析,发现白色脂肪和棕色脂肪差异蛋白主要集中在脂质代谢、分子转运、小分子生物化学、心血管疾病、糖代谢等生物功能。二甲双胍和利拉鲁肽干预后对糖代谢、脂代谢等机体代谢状态有一定的改善作用。C.通过对差异蛋白的信号通路进行综合分析,发现白色脂肪组织差异蛋白主要集中在EIF2(真核生物启动因子2)信号通路、LXR/RXR(肝脏X受体/类维生素AX受体)活化通路和急性时相反应等信号通路。棕色脂肪差异蛋白主要集中在线粒体功能障碍通路、氧化磷酸化通路和EIF2等信号通路。结论:1.白色脂肪和棕色脂肪鉴定蛋白最主要的相关疾病为肿瘤,由此提示,脂肪组织的生物活动可能与肿瘤的发生发展存在内在联系。最重要的相关信号通路为EIF2(真核生物启动因子2)信号通路,该通路在细胞外生长因子、激素、促细胞分裂剂或细胞因子的刺激下,参与细胞生长和增殖、蛋白合成等生物活动。2.白色脂肪和棕色脂肪相对表达量差异蛋白相关生物功能分析提示白色脂肪组织中存在更多与炎症反应相关的蛋白;差异蛋白相关信号通路分析提示棕色脂肪功能蛋白主要为线粒体蛋白;此外,二者差异蛋白相互作用网络分析提示白色和棕色脂肪主要在炎症反应、能量产生和脂质代谢过程中发挥作用。3.高脂饮食可能通过EIF2信号通路促进小鼠白色脂肪蛋白合成与细胞增殖,但对棕色脂肪没有显著作用;它还可以抑制白色脂肪和棕色脂肪的糖代谢和脂肪合成,使脂肪分解代偿性增加;同时,可能通过降低棕色脂肪细胞自由基清除剂的活性,引起细胞氧化应激,促发棕色脂肪细胞凋亡增加,而白色脂肪中未见此反应;此外,高脂饮食可能通过一定机制促进白色脂肪的“棕色化”。在高脂饮食过程中,小鼠白色脂肪可以出现代偿性保护作用,而棕色脂肪可能较白色脂肪细胞更易受到氧化应激损伤而出现凋亡,从而促进肥胖的发生。4.二甲双胍和利拉鲁肽干预在对肥胖小鼠体重及胰岛素敏感性改善的同时,对小鼠白色脂肪和棕色脂肪中EIF2信号通路、线粒体功能障碍及脂质代谢均有一定的改善作用。二甲双胍对白色脂肪的脂质代谢和炎症反应,以及对棕色脂肪的蛋白合成作用改善更为显著,而利拉鲁肽对棕色脂肪的能量代谢,及白色脂肪的增殖和蛋白合成作用的改善更显著。
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