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饮食能量营养过量摄入，是导致机体脂肪组织过度积累，进而诱导肥胖及相关代谢疾病发生发展的重要因素。因此，利用模式动物研究脂肪沉积调控机制，并基于这些机制构建食品天然产物抗脂肪沉积作用筛选平台，不仅可以丰富机体脂肪沉积调控的基础理论，而且可以为抗肥胖及其相关代谢疾病食品研发提供新的思路和筛选手段。
溶酶体及其所含水解酶，曾长期被视为是细胞中的清道夫，参与细胞内外大分子物质及无功能细胞器的降解和循环利用。近年来的研究进一步显示，溶酶体可以作为细胞营养感受器，参与细胞代谢稳态的调控。但是，目前关于溶酶体营养感应作用的研究，主要处于体外细胞水平，尤其是细胞饥饿状态下，溶酶体作为一个营养感知和脂肪吞噬中心，控制着细胞脂质的分解代谢，而溶酶体及其水解酶在活体水平参与营养过剩条件下脂肪沉积的调控作用尚不清楚。因此，本论文旨在利用秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans,C.elegans）和小鼠等模式动物，从溶酶体营养感受入手，研究其组织蛋白酶L（Cathepsin L，CTSL）调控机体脂肪代谢的机制，并在此基础上探索构建基于相关机制的食品天然产物抗脂肪沉积作用体内筛选平台。
本研究共分为三个部分。在第一部分，从溶酶体营养感受入手，揭示了“外周CTSL-中枢血清素（serotonin，5-HT）”脂质沉积调控环路。在这一部分中，首先利用C.elegans，通过短期给予葡萄糖或棕榈酸等营养物质，建立了不影响其生长发育的C.elegans脂肪沉积诱导模型。进一步，发现营养诱导脂肪沉积期间，溶酶体生物合成逐步增加，而溶酶体抑制剂处理可以显著降低C.elegans基础和营养诱导脂肪沉积，说明溶酶体营养感受调控了C.elegans的脂肪沉积。接下来，细致研究了C.elegans溶酶体组织蛋白酶在营养感受后的表达改变，发现上述营养物质诱导了哺乳动物ctsl同源基因cpl-1剂量依赖性的表达增加，而cpl-1RNAi和突变可以显著降低C.elegans脂肪沉积和溶酶体生物合成，说明CPL-1可以参与溶酶体营养感受调控C.elegans的脂肪沉积。然后，通过C.elegans脂肪沉积相关突变体的研究，发现cpl-1的功能失活增强了C.elegans5-HT水平、信号分子表达及其相关行为学特性，肠道和表皮等外周储脂组织的组织特异性cpl-1RNAi显著升高了C.elegans ADF神经元中5-HT合成基因tph-1的表达，而5-HT信号受体mod-1和ser-6的突变能够逆转cpl-1RNAi所致的脂肪沉积降低，说明一个“外周CPL-1-中枢5-HT”环路调控了C.elegans的脂质沉积。最后，利用ctsl基因敲除小鼠和CTSL抑制剂，发现“外周CTSL-中枢5-HT”的环路也保守地调控了小鼠WAT的脂肪沉积，进而影响了小鼠饮食诱导的肥胖。
在第二部分中，研究了木犀草素(luteolin，LU)等饮食黄酮类化合物对于C.elegans基础水平脂肪沉积的影响，发现LU可以基于“外周CTSL-中枢5-HT”环路抑制C.elegans基础水平的脂肪沉积。根据之前的报道，饮食添加LU可以降低小鼠脂肪组织CTSL表达和活性并改善小鼠饮食诱导的肥胖，为了明确这一作用与“CTSL-中枢5-HT”环路的联系，评估了6种具有5，7-二羟基黄酮基本骨架的常见饮食黄酮类化合物LU、白杨素、芹菜素、槲皮素、山奈酚和杨梅素对C.elegans脂肪沉积的抑制作用，发现上述6种黄酮类化合物在100μM水平都可以显著抑制C.elegans脂肪沉积，而在25μM水平仅LU具有抑制C.elegans脂肪沉积的活性，提示LU可能通过某种独特的机制抑制C.elegans脂肪沉积。进一步，发现5-HT合成关键基因tph-1突变可以完全逆转LU对C.elegans脂肪沉积的抑制作用，LU对野生型C.elegans的处理提升了tph-1及5-HT脂肪沉积调控相关受体基因mod-1和ser-6的表达，并且mod-1和ser-6突变也可以逆转LU对C.elegans脂肪沉积的抑制作用。然而，上述5-HT信号相关的脂肪沉积表型和基因表达改变，并不发生在其它5种黄酮类化合物处理的C.elegans中，说明LU可以通过活化C.elegans5-HT信号而抑制其脂肪沉积。最终，也确定了LU处理可以提高C.elegans ADF神经元中tph-1表达，促进C.elegans的脂解和脂肪酸β-氧化。
在第三部分中，基于前两部分研究的成果，分析了24种食品天然产物对C.elegans中葡萄糖短期添加所诱导脂肪沉积的影响，探索构建食品天然产物抗脂肪沉积作用体内筛选平台。在这一部分中，首先将可激发红色荧光的CPL-1∷mChOintC.elegans与可激发绿色荧光的TPH-1∷GFP C.elegans杂交，建立双荧光表达系统。进一步，基于“外周CTSL-中枢5-HT”环路，通过双荧光表达系统，分析了24种食品天然产物对C.elegans脂肪沉积的影响，监测了伴随脂肪沉积抑制作用时C.elegans CPL-1和TPH-1相关荧光强度的变化，筛选发现大豆苷等10种天然产物可以通过“外周CTSL-中枢5-HT”环路而抑制C.elegans中葡萄糖短期添加所诱导的脂肪沉积作用。因此，基于“外周CTSL-中枢5-HT”环路的C.elegans双荧光表达系统，可以作为一种快速高效的食品天然产物抗脂肪沉积作用体内筛选平台。
总之，本论文利用C.elegans等模式生物，从溶酶体营养感受入手，揭示了“外周CTSL-中枢5-HT”环路调控脂肪沉积的保守机制，并基于这一保守环路研究了LU等饮食黄酮调控C.elegans脂肪代谢的作用机制，建立了基于这一环路的双荧光食品天然产物抗脂肪沉积作用体内筛选平台。这些成果，将为针对肥胖及其相关代谢疾病的食品营养学研究，提供了新的思路和技术手段。
溶酶体及其所含水解酶，曾长期被视为是细胞中的清道夫，参与细胞内外大分子物质及无功能细胞器的降解和循环利用。近年来的研究进一步显示，溶酶体可以作为细胞营养感受器，参与细胞代谢稳态的调控。但是，目前关于溶酶体营养感应作用的研究，主要处于体外细胞水平，尤其是细胞饥饿状态下，溶酶体作为一个营养感知和脂肪吞噬中心，控制着细胞脂质的分解代谢，而溶酶体及其水解酶在活体水平参与营养过剩条件下脂肪沉积的调控作用尚不清楚。因此，本论文旨在利用秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans,C.elegans）和小鼠等模式动物，从溶酶体营养感受入手，研究其组织蛋白酶L（Cathepsin L，CTSL）调控机体脂肪代谢的机制，并在此基础上探索构建基于相关机制的食品天然产物抗脂肪沉积作用体内筛选平台。
本研究共分为三个部分。在第一部分，从溶酶体营养感受入手，揭示了“外周CTSL-中枢血清素（serotonin，5-HT）”脂质沉积调控环路。在这一部分中，首先利用C.elegans，通过短期给予葡萄糖或棕榈酸等营养物质，建立了不影响其生长发育的C.elegans脂肪沉积诱导模型。进一步，发现营养诱导脂肪沉积期间，溶酶体生物合成逐步增加，而溶酶体抑制剂处理可以显著降低C.elegans基础和营养诱导脂肪沉积，说明溶酶体营养感受调控了C.elegans的脂肪沉积。接下来，细致研究了C.elegans溶酶体组织蛋白酶在营养感受后的表达改变，发现上述营养物质诱导了哺乳动物ctsl同源基因cpl-1剂量依赖性的表达增加，而cpl-1RNAi和突变可以显著降低C.elegans脂肪沉积和溶酶体生物合成，说明CPL-1可以参与溶酶体营养感受调控C.elegans的脂肪沉积。然后，通过C.elegans脂肪沉积相关突变体的研究，发现cpl-1的功能失活增强了C.elegans5-HT水平、信号分子表达及其相关行为学特性，肠道和表皮等外周储脂组织的组织特异性cpl-1RNAi显著升高了C.elegans ADF神经元中5-HT合成基因tph-1的表达，而5-HT信号受体mod-1和ser-6的突变能够逆转cpl-1RNAi所致的脂肪沉积降低，说明一个“外周CPL-1-中枢5-HT”环路调控了C.elegans的脂质沉积。最后，利用ctsl基因敲除小鼠和CTSL抑制剂，发现“外周CTSL-中枢5-HT”的环路也保守地调控了小鼠WAT的脂肪沉积，进而影响了小鼠饮食诱导的肥胖。
在第二部分中，研究了木犀草素(luteolin，LU)等饮食黄酮类化合物对于C.elegans基础水平脂肪沉积的影响，发现LU可以基于“外周CTSL-中枢5-HT”环路抑制C.elegans基础水平的脂肪沉积。根据之前的报道，饮食添加LU可以降低小鼠脂肪组织CTSL表达和活性并改善小鼠饮食诱导的肥胖，为了明确这一作用与“CTSL-中枢5-HT”环路的联系，评估了6种具有5，7-二羟基黄酮基本骨架的常见饮食黄酮类化合物LU、白杨素、芹菜素、槲皮素、山奈酚和杨梅素对C.elegans脂肪沉积的抑制作用，发现上述6种黄酮类化合物在100μM水平都可以显著抑制C.elegans脂肪沉积，而在25μM水平仅LU具有抑制C.elegans脂肪沉积的活性，提示LU可能通过某种独特的机制抑制C.elegans脂肪沉积。进一步，发现5-HT合成关键基因tph-1突变可以完全逆转LU对C.elegans脂肪沉积的抑制作用，LU对野生型C.elegans的处理提升了tph-1及5-HT脂肪沉积调控相关受体基因mod-1和ser-6的表达，并且mod-1和ser-6突变也可以逆转LU对C.elegans脂肪沉积的抑制作用。然而，上述5-HT信号相关的脂肪沉积表型和基因表达改变，并不发生在其它5种黄酮类化合物处理的C.elegans中，说明LU可以通过活化C.elegans5-HT信号而抑制其脂肪沉积。最终，也确定了LU处理可以提高C.elegans ADF神经元中tph-1表达，促进C.elegans的脂解和脂肪酸β-氧化。
在第三部分中，基于前两部分研究的成果，分析了24种食品天然产物对C.elegans中葡萄糖短期添加所诱导脂肪沉积的影响，探索构建食品天然产物抗脂肪沉积作用体内筛选平台。在这一部分中，首先将可激发红色荧光的CPL-1∷mChOintC.elegans与可激发绿色荧光的TPH-1∷GFP C.elegans杂交，建立双荧光表达系统。进一步，基于“外周CTSL-中枢5-HT”环路，通过双荧光表达系统，分析了24种食品天然产物对C.elegans脂肪沉积的影响，监测了伴随脂肪沉积抑制作用时C.elegans CPL-1和TPH-1相关荧光强度的变化，筛选发现大豆苷等10种天然产物可以通过“外周CTSL-中枢5-HT”环路而抑制C.elegans中葡萄糖短期添加所诱导的脂肪沉积作用。因此，基于“外周CTSL-中枢5-HT”环路的C.elegans双荧光表达系统，可以作为一种快速高效的食品天然产物抗脂肪沉积作用体内筛选平台。
总之，本论文利用C.elegans等模式生物，从溶酶体营养感受入手，揭示了“外周CTSL-中枢5-HT”环路调控脂肪沉积的保守机制，并基于这一保守环路研究了LU等饮食黄酮调控C.elegans脂肪代谢的作用机制，建立了基于这一环路的双荧光食品天然产物抗脂肪沉积作用体内筛选平台。这些成果，将为针对肥胖及其相关代谢疾病的食品营养学研究，提供了新的思路和技术手段。