N-3多不饱和脂肪酸调控小鼠肌肉线粒体能量代谢的研究

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1、学校代码：10126学号：21308014分类号：编号：论文题目N-3多不饱和脂肪酸调控小鼠肌肉线粒体能量代谢的研究THESTUDYOFTHEREGULATIONOFN-3POLYUNSATURATEDFATTYACIDSONMITOCHONDRIALENERGYMETABOLISMINMOUSEMUSCLE学院：生命科学学院专业：动物学研究方向：生殖生物学及生物技术姓名：魏著英指导教师：李光鹏教授2018年12月内蒙古大学博士学位论文内蒙古大学博士学位论文N-3多不饱和脂肪酸调控小鼠肌肉线粒体能量代谢的研究摘要多不饱和脂

2、肪酸（polyunsaturatedfattyacids,PUFA）是细胞质膜和细胞器膜的重要组分，通过调节基因的表达影响细胞的脂肪酸代谢和生命健康活动。N-3PUFA通过提高肌纤维蛋白合成、增强肌细胞收缩功能、抑制肌肉萎缩，有效改善肌肉的代谢活动。肌纤维收缩需要消耗能量，但n-3PUFA参与调节肌肉能量代谢作用机理还不清楚。为此，本研究利用转基因小鼠模型，系统分析n-3PUFA调节肌纤维代谢可能机制。首先从胡麻中克隆了脂肪酸去饱和酶基因Fad3b，并获得了Fad3b转基因小鼠。Fad3b转基因小鼠各器官组织中PUFA含量

3、均发生变化，其中，肌肉组织n-3PUFA显著上升，尤其是DHA含量显著增多至对照小鼠的2.66倍。Fad3b诱使肌肉组织中DHA含量增加可能是影响肌肉组织PUFA组成变化的关键。对Fad3b转基因小鼠和对照小鼠肌肉组织进行转录物组和蛋白质组分析，共获得转录组差异基因1654个，其中在Fad3b实验组表达上调的基因909个，下调的基因745个；差异蛋白407个，其中Fad3b组中表达上调的蛋白203个，下调的204个。通过转录组和蛋白质组ixN-3多不饱和脂肪酸调控线粒体能量代谢的研究的联合分析可以看出，小鼠肌肉中过表达的F

4、ad3b基因改变了细胞线粒体相关的能量代谢过程，促进了脂肪酸代谢，但是抑制了线粒体氧化磷酸化和糖代谢。为进一步研究肌肉中n-3PUFA水平改变对于肌肉能量代谢的影响，我们培养了Fad3b转基因小鼠的肌肉卫星细胞（F-MSCs）。基于该细胞模型，进一步分析线粒体的形态、分布以及脂肪酸、糖、三羧酸循环以及氧化磷酸化的变化。与WT-MSCs相比，F-MSCs中线粒体较细、短，零散的分布在核周围。将F-MSCs、WT-MSCs以及100ng/ml的DHA处理的WT-MSCs（DT-MSCs）向脂肪分化，F-MSCs、DT-MSCs

5、分化后形成的脂滴数量和体积明显少于WT-MSCs，甘油三酯水解酶的活性显著增强，甘油的生成速率显著加快，表明n-3PUFA可以促进脂肪分化过程中脂滴的分解，进而抑制甘油三酯在脂肪细胞中的积累。同时，我们还检测了脂肪酸β氧化过程中的关键基因，发现促进脂肪酸氧化的信号调控通路相关的基因AMPK、PGC1α、PPARα、ACAA1等在F-MSCs和DT-MSCs中均显著上调，说明n-3PUFA提高了肌肉细胞中脂肪酸β氧化水平和速率。在葡萄糖代谢检测时发现：F-MSCs和DT-MSCs中葡萄糖含量及葡萄糖转运体Glut4的表达量显

6、著高于WT-MSCs，参与糖酵解的己糖激酶表达量显著高于WT-MSCs（P<0.05），但是磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶的表达量显著低于WT-MSCs（P<0.05），细胞中丙酮酸含量也显著降低（P<0.05），糖酵解过程受到了显著抑制；在F-MSCs和DT-MSCs中糖原含量显著增加（P<0.05）。调控细胞糖代谢的Akt2x内蒙古大学博士学位论文表达量显著降低（P<0.05），Akt2通过抑制磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶的活性抑制了糖酵解过程，同时又通过抑制GSK3，激活了糖原合成途径。在线粒体三羧酸循环和氧化磷酸化检测时发现

7、，F-MSCs和DT-MSCs中的乙酰辅酶A水平显著增加，柠檬酸合酶的活性及产物柠檬酸水平显著上调；但是柠檬酸生成异柠檬的限速酶，即异柠檬酸脱氢酶的表达和活性显著下降；TCA中关键限速酶α-酮戊二酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶复合体A、苹果酸脱氢酶2的表达均显著下调。上述结果表明，n-3PUFA通过降低限速酶的活性抑制了三羧酸循环，+致使NAD在细胞中异常积累，NADH的浓度显著减少。进一步检测线粒体内膜的电子呼吸链活性，发现，呼吸链复合体I、复合体IV和ATP酶活性显著降低，编码复合体关键亚基的基因Ndufb5和Atp5a/h/

8、b表达量也显著下调，线粒体膜电位显著降低，ATP的合成减少。综上所述，肌组织和细胞中n-3PUFA水平的增加，促进了细胞内脂肪酸的氧化代谢和糖原合成，但是抑制了葡萄糖的有氧氧化和磷酸戊糖循环，线粒体内三羧酸循环和呼吸链复合体活性也显著降低，进而抑制了氧化磷酸化生成ATP。关键词：n-3PUFA；脂肪酸氧