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第一部分银杏叶提取物调节肝脏脂代谢的分子机理研究
银杏叶提取物(Ginkgo Biloba Leaf Extract,GBE)为从银杏叶子中提取的混合成分,主要包括银杏黄酮类及银杏内酯类等,在临床上主要用于神经系统疾病及心脑血管系统疾病的防治,GBE由于含有多种活性物质成分,因此具有多种药理活性,主要包括抗氧化、抑制血小板聚集及血栓形成、舒张血管及调节脂代谢等。由于脂代谢异常与心脑血管及神经系统疾病的发生发展密切相关,研究GBE对脂代谢的调节及其分子作用机理有助于更好地理解其药理保护效应分子基础,因此本课题主要研究GBE药物GBE50对肝脏脂代谢的调节及其分子作用机理。
本课题主要在高脂饲料诱导喂饲的大鼠模型基础上,采用基于基因芯片等转录组学技术,及结合其他相关的生物学技术如蛋白免疫印迹、酶活性测定等,开展了以下几方面的研究:(1)研究GBE50对高脂喂饲大鼠肝脏的基因表达调节,来筛选GBE50的分子作用靶点。我们发现大鼠肝脏中GBE50调节的基因在功能上主要涉及脂肪酸代谢、胆固醇代谢、碳水化合物代谢、凝血及血管舒张、神经调节、药物代谢、转运等通路,这些基因与其药理效应有着密切的相关性,可作为下一步研究的候选靶点。(2)在细胞水平集中研究GBE50对胆固醇代谢的调节及机理。我们发现GBE50可降低培养肝细胞的总胆固醇含量,通过与Lovastatin的对照研究发现,GBE对胆固醇代谢的调节具有双重性即能够抑制内源性胆固醇合成的限速酶-HMG-CoA还原酶的活性,同时也抑制细胞对外源胆固醇摄取。(3)GBE50抑制高脂饮食大鼠肝脏脂质沉积机理的探讨。在大鼠动物实验中,我们发现GBE50可显著抑制高脂喂饲大鼠的肝脏脂质沉积；在培养的肝细胞中,发现GBE50可降低细胞甘油三酯的含量,其黄酮成分槲皮素、山奈酚及异鼠李素减少细胞甘油三酯的含量可能起着主要的作用；GBE50及其成分槲皮素、山奈酚及异鼠李素均可增加脂肪酸合成的关键酶一肉毒碱棕榈酰基转移酶1(CPT1A)及乙酰化辅酶A氧化酶(ACOX1)的表达,提示脂肪酸β氧化的代谢通路可能被促进,可能是其抑制肝脏脂质沉积的主要机制。
本课题的研究表明转录组学技术等一些现代生物学技术,可以应用于中药作用机制的研究,筛选中药潜在的分子作用靶点,以及识别其活性成分,同时为中药的药理效应基础提供现代的生物学理论支持,对中药现代化有着重要的意义。
第二部分肥胖易感与肥胖抵抗大鼠的转录组学与代谢组学研究
肥胖是机体能量摄入大于消耗的一种慢性能量平衡失调的结果,表现为机体脂肪组织量过多或脂肪组织的比例过高。近年来,大量的研究集中在引发肥胖的遗传学机制,以及各种环境因素诱发肥胖的病理基础。然而,在研究中,接受相同的高能量饮食干预后,出现的肥胖易感(obesity-prone,OP)和肥胖抵抗(obesity-resistant,OR)现象却并没有引起足够的重视。因此,开展对OP与OR表型的研究将有助于深入认识肥胖发生的机制,为寻找肥胖发生规律及有效的防治措施提供依据。
本课题主要利用转录组学结合代谢组学的方法,开展了以下的研究:(1)高脂饲料喂饲Wistar大鼠诱导高脂动物模型,可分为OP与OR表型,OP动物的胰岛素敏感性较OR动物较低,同时血清中游离脂肪酸和酮体水平升高,对动物尿液、血清和肝脏组织提取物的代谢组学研究表明,与OR动物相比,而且OP动物存在明显的代谢差异,主要包括交感神经系统活性与能量代谢更为活跃、脂肪酸代谢中饱和脂肪酸(硬脂酸等)及单不饱和脂肪酸(十六碳烯酸等)的增加及多不饱和脂肪酸(亚油酸等)的降低、氨基酸代谢差异(生酮氨基酸的增加等)；(2)通过转录组学研究,发现了两组动物肝脏中有80个基因在转录水平表现出差异(≥1.5倍),OP与OR大鼠差异表达的基因主要涉及到脂质代谢、酮体生成、酶调节和转录调节等代谢通路。印hx2、Nr3c2和Igfals等基因提示,在肥胖易感个体中易发的代谢异常可能与花生四烯酸代谢、盐皮质激素受体介导相关的代谢途径,以及生长激素一胰岛素样生长因子轴有关。
本课题的研究表明高脂饮食喂养建立的OP与OR大鼠模型,与人类肥胖及其相关的代谢性异常具有表型相似性；转录组学与代谢组学的结合分析表明,OP与OR大鼠的代谢差异主要涉及脂肪酸代谢及酮体生成；两种组学研究手段的结合为系统地阐释肥胖的代谢特征及其发生机制提供了更加全面的信息,也为不同组学在复杂性疾病机制的整合研究提供了参考。