内质网应激IRE1/XBP1通路对高脂诱导团头鲂肝脏脂代谢的影响机制

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近年来,高脂日粮因性价比高、来源广泛、促生长明显而被水产养殖者广泛采用。然而,高脂日粮在节约蛋白、降低成本和加快生长的同时,也带来了脂质代谢紊乱、内质网应激等潜在副作用,威胁着鱼类养殖业。团头鲂是我国著名的淡水养殖品种,随着水产养殖业的快速发展,其养殖量逐年递增,2016年的世界产量已经达到826,178吨。由于团头鲂比其他硬骨鱼拥有更小的肝体比,所以更容易被高脂诱发肝脏脂质代谢紊乱。故此,在本研究中该物种被用来研究脂质代谢和内质网应激之间的关系,以期为水产养殖业中避免鱼类肝脏脂肪变性提供可行性建议。本试验分为以下三个方面的内容:试验一不同脂肪水平对团头鲂生长、线粒体损伤和内质网应激的影响本研究旨在探究日粮中不同脂质水平对团头鲂的生长、线粒体损伤、脂肪沉积和内质网应激之间的影响。试验设计了 4种日粮配方,分别为低脂日粮(3%脂肪水平,LFD)、正常日粮(6%脂肪水平,NFD)、高脂日粮(11%脂肪水平,HFD)和添加100 mg/kg辛伐他汀的高脂日粮(HFD+S)。本试验将团头鲂幼鱼(共240尾)随机分成4组,其初始体重为41.83±0.05 g,每组包括4重复,每重复含有15尾鱼,四种试验日粮饲喂9周后采集样品进行分析。结果表明,HFD显著增加了 VSI,IPF,肝脏和肌肉以及全身脂肪含量,血浆LDL-C,TC和TG含量,胞浆细胞色素c活性和Ca2+含量以及肝脏中 GRP78、IRE1、XBP1s 和 SREBP1 的转录水平(P<0.05)。然而,HFD 组血浆 HDL-C含量,线粒体SDH和Na+,K+-ATPase活性,内质网Ca2+-ATPase活性以及肝脏XBP1u,PPARa和CPT I的转录水平则呈现相反趋势(P<0.05)。此外,高脂中添加辛伐他汀(HFD+S)显着降低VSI,肝脏和肌肉脂肪含量,血浆LDL-C和TC水平,胞浆细胞色素C活性和Ca2+含量以及肝脏GRP78,IRE1,XBP1s和SREBP1的转录水平(P<0.05),而血浆HDL-C水平,内质网Ca2+-ATPase活性以及肝脏XBP1u,PPARa和CPT I的转录水平趋势则相反(P<0.05)。组织形态学结果显示,饲喂HFD的鱼的肝细胞含有较大的脂滴,线粒体、细胞核和ER的超微结构发生损伤。补充辛伐他汀后减轻了这些损害。以上结果表明,HFD诱导的脂质沉积与内质网应激之间存在相互作用。试验二 团头鲂肌醇需求酶1(IRE1)的克隆及组织分布本试验采用RACE技术克隆了团头鲂肌醇需求酶1(IRE1)的cDNA全长序列,并探究了IRE1在不同组织中相对mRNA表达量。结果发现IRE1 cDNA序列全长为3665 bp,含有一个3096 bp的开放阅读框,该序列共编码1031个氨基酸、其中5’非翻译区长度为35 bp而3’非翻译区为534 bp。IRE1蛋白的分子量为116.53 kDa,等电点为6.17。团头鲂IRE1的氨基酸序列含有一个信号肽(Met1-Ser32)、腔结构域(Glu39-Ser307)、Serine/Threonine 激酶结构域(Asn570-Trp835)、RNase 结构域(Lys839-Tyr963)、活化环(Ser712-Gly735)、二个 N-连接糖基化位点(Asn185 and Asn533)和众多磷酸化位点。经序列比对发现该氨基酸序列与鲤鱼和人的氨基酸序列同源性分别为92%和74%。经RT-PCR发现,团头鲂体肾IRE1 mRNA表达水平最高,其次为脑和脾脏,鳃、白肌和头肾表达量适中,而在肝脏、皮肤、肠道、脂肪组织和心脏中表达水平较低。试验三IRE1/XBP1介导的内质网应激在高脂诱导的肝脏脂质外泌紊乱中的作用本试验旨在探究高脂日粮对团头鲂肝脏脂质分泌和内质网应激的影响。实验鱼(41.84±0.07g)被随机分成对照组(6%脂肪)和高脂组(11%脂肪),实验周期为9周。在试验结束时,对其饲料利用效率进行评价。取两组肝脏组织用于组织学评定和分子指标测定。结果发现对照组与高脂组团头鲂对能量摄入没有显著差异。然而,高脂日粮导致大量脂滴沉积和病理结构变化,并破坏鱼肝脏脂质外泌和内质网应激相关基因的表达。在体外,将从团头鲂肝脏中分离得到的原代肝细胞用油酸处理后,显示细胞内甘油三酯(TG)含量显著增加,而上清液中极低密度脂蛋白(VLDL)分泌量减少,这归因于脂质转运相关基因通过激活的IRE1/XBP1信号通路改变其表达水平。用IER1抑制剂(4μ8c)和油酸共孵育细胞能够缓减油酸诱导的损伤作用。综上所述,高脂日粮可能通过激活内质网应激中IRE1/XBP1通路导致肝脏脂质外泌异常。抑制IRE1的活性是减少高脂日粮对团头鲂肝功能副作用的一个潜在靶点。
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