2. 内蒙古农业大学兽医学院, 呼和浩特 010018;
3. 河北省农林科学院粮油作物研究所, 石家庄 050000
2. College of Veterinary Medicine, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China;
3. Institute of Grain and Oil Crops, Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050000, China
机体稳态的调节过程中类固醇激素(如雌激素、糖皮质激素)对能量代谢和生殖调控机能发挥重要作用[1]。而类固醇激素合成急性调节蛋白(steroidogenic acute regulatory, StAR)是类固醇激素合成过程中的重要调节因子。StAR具有高度的组织特异性,位于相关细胞的线粒体膜上,参与类固醇激素的前体胆固醇由线粒体外膜向内膜的转运,此过程是类固醇激素合成的限速步骤[2]。然而,现有关于StAR的研究主要集中在睾丸和卵巢等性腺组织内类固醇激素的合成,对其在中枢神经系统内的表达分布及作用机制的研究尚未见报道。同时,研究证实肥胖和2型糖尿病模型小鼠体内类固醇激素的含量显著增高[1],其类固醇激素的合成关键调节因子(如StAR)mRNA表达量亦显著增加。猜测是否能量代谢相关肽可影响StAR的表达。
胰淀素(amylin)与胰岛素(insulin)在胰腺β细胞内共同合成和释放[3]。长期以来普遍认为胰腺衍生的amylin是控制能量代谢的主要来源,然而,研究证实amylin亦表达在中枢神经系统中,尤其是涉及能量代谢的核团内,如下丘脑外侧区(LH)[4]。amylin作为饱食信号在能量代谢领域被广泛研究[5]。整体上,amylin通过减少能量摄入、调节营养物利用率及增加能量消耗进而调控营养物质转换[6]。证实amylin给药4 d对小鼠体重有明显的降低作用,通过减少总能量摄入,最终导致体重减轻[7-8]。
考虑到amylin作为能量调控因子,可引起大鼠血浆乳酸和葡萄糖含量变化[9],与糖皮质激素对葡萄糖的影响相类似,而StAR是调节糖皮质激素在内的类固醇激素合成的限速酶[10],因此猜测amylin可能在调节能量代谢过程中影响StAR的表达。
目前有关于amylin对StAR表达的影响还未见相关报道,尤其是中枢神经系统内StAR的分布及其作用机制研究更是空白。因此,本研究首先定位中枢神经系统内StAR的分布区域,然后拟通过腹腔注射amylin,探究amylin对StAR表达的影响,为进一步丰富amylin调节能量代谢的作用方式提供新的思路。
1 材料与方法 1.1 动物饲养及分组C57BL/6小鼠购自北京维通利华生物科技有限公司,饲养于标准条件鼠房内,一个月后,经自群繁育(避免近交),获得适应现有饲养条件的6~8周龄健康雄性小鼠。试验用小鼠从试验前3 d开始每天定时(9:00)腹腔注射生理盐水,避免试验应激。
9只小鼠随机分为3组,分别为生理盐水对照组、amylin (100 μg·kg-1)注射组,amylin+AC187(amylin特异性抑制剂)注射组。连续注射3 h(时间点分别为9:00、10:00、11:00)后获取小鼠脑组织进行检测。
1.2 主要试剂及仪器主要试剂:amylin(PHOENIX, 432888)、SDS-PAGE制胶试剂盒(自配,所有药品购自Sigma);一抗:Rabbit anti-steroidogenic acute regulatory (StAR, CST, 8449);二抗:Alexa647 Donkey anti-Rabbit (Abcam, ab150075);IR800 (1:20 000, Odyssey, IRDyeⓇ 800LT Donkey anti-Rabbit, 926-32210)。
主要仪器:恒温孵育仪(Eppendorf ThermoMixerTM,5382CH800706),灌注泵(SENZ, 310D),冰冻切片机(Lecia, CM1950),激光共聚焦显微镜(Nikon Confocal C2), 酶标仪(Bio-Tek, Synergy HT),蛋白扫描仪(Li-Cor, Odyssey-CLX),电泳仪, 转膜仪(Bio-Rad, Mini-PROTEAN Tetra Cell for Mini Precast Gels),超声破碎仪(QSONICA, Q700)。
1.3 方法 1.3.1 免疫荧光试验小鼠经4%多聚甲醛(polyformaldehyde, PFA)灌注固定后取全脑,置于固定液中4 ℃过夜,然后转移至30%蔗糖溶液中直至沉底后进行脑组织冠状面连续冰冻切片。切片厚度为30 μm,恒温孵育仪4 ℃通透(1%triton+0.4%SDS,pH=8.70)处理4 h,3%NDS室温封闭1 h。漂片法孵育一抗StAR(CST, 8449),孵育二抗Alexa647 Donkey anti-Rabbit (Abcam, ab150075)。贴片,封片,使用激光共聚焦显微镜(Nikon Confocal C2)扫描成像。
1.3.2 Western blot采用本实验室前期建立的方法[11]。具体操作:剖剪小鼠脑组织,留取未定带核团区域组织块,按照既定蛋白提取流程提取脑组织总蛋白。按比例添加5×蛋白上样缓冲液进行蛋白变性,SDS-PAGE凝胶电泳,转膜,5%脱脂奶粉封闭,孵育抗体。一抗为Rabbit anti-steroidogenic acute regulatory (CST, 8449),二抗为Alexa标记的Donkey anti-Rabbit IR800 (1:20 000, Odyssey, IRDyeⓇ 800LT Donkey anti-Rabbit, 926-32210);用蛋白扫描仪(Li-Cor, Odyssey-CLX)扫描成像,并分析蛋白条带。
1.4 统计分析使用GraphPad Prism 6软件(GraphPad Software Inc., San Diego, CA)对目的蛋白的表达量进行统计学分析。其中数据组之间使用非配对t检验进行分析。数据以x±sx的方式进行统计,P<0.05视为具有显著性差异;* P < 0.05,** P<0.01。
2 结果 2.1 小鼠中枢神经系统内StAR的免疫荧光定位从图 1可知,StAR在小鼠脑内呈区域性集中表达,免疫阳性神经元荧光信号主要位于不定带(zone incerta,ZI)内(图 1A~G),此外在蓝斑核(locus coeruleus,LC)(图 1I~L)、下丘脑弓状核(arcuate nucleus of hypothalamus, ARC)(图 1H)及脑干中缝背核(dorsal raphe nucleus,DR)(图 1M~P)内可见StAR呈零星散状分布。
Western blot结果显示(图 2),与对照组相比,腹腔注射amylin可极显著抑制不定带内StAR蛋白表达量(P<0.01),腹腔联合注射amylin+AC187可减弱对不定带内StAR蛋白的抑制作用(P<0.01)。
类固醇激素对维持能量代谢和生殖能力至关重要,而合成类固醇细胞必须将大量胆固醇从线粒体外膜转移到内膜。在类固醇生成细胞中,胆固醇首先转化为孕烯酮,最终转化为孕酮[12]。线粒体膜中胆固醇的初始转运是类固醇形成的限速步骤,受StAR介导[13]。如在黄体早期和中期,StAR表达量最多,在黄体期末期显著下降。这种上调使黄体产生大量的黄体酮,以保证妊娠的维持[14]。雌激素是经StAR作用合成的类固醇激素的一种,除了调节生殖功能外,雌激素在能量平衡的中枢调节中起着关键作用,包括调节进食行为和能量消耗[15-16]。尽管雌激素缺乏与肥胖之间的相互关系是一直以来备受争议的主题,但激素替代疗法可减少腹部肥胖、胰岛素抵抗和新发糖尿病[17]。
不定带亦称疑带,是脑内一个重要的神经核团,涉及内脏活动、唤醒、注意、运动及帕金森病[18]。随着研究的深入,发现未定带与区内的γ-氨基丁酸神经元和暴食行为有关[19]。证实不定带-丘脑室旁核神经通路(ZI-PVT)参与饮食调控方面。并且激活未定带GABA神经元所诱发的暴食行为比激活下丘脑弓状核刺鼠相关肽(AgRP)神经元所引起的促食效应及激活AgRP-PVT轴所引起的促食效应快百倍有余[20]。本文结果显示,StAR免疫阳性荧光信号密集分布于不定带内,同时下丘脑和不定带内表达有食欲素[21]、血管紧张素Ⅱ[22]、CART、黑色素浓集激素(melanin-concentrating hormone,MCH)、黑素细胞刺激激素(melanocyte stimulating hormone,αMSH)[23]等进食控制激素。据此,进一步证实笔者的猜测,StAR可能在不定带内通过调节相关激素的表达,进而影响能量代谢。
作为饱食和肥胖信号,amylin在机体能量代谢调节过程中主要促进负能量平衡,抑制进食、降低体重[11, 24]。女性绝经后,机体内分泌会发生一些列变化,从而导致内环境稳态改变[25],尤其是雌激素减少可促进脂肪沉积及葡萄糖代谢减慢。而amylin有助于治疗绝经后肥胖[26]。同时,leptin受体敲除小鼠表现血浆糖皮质激素、11-脱氧皮质酮和孕酮水平升高,醛固酮转化为孕酮及皮质酮转化为孕酮的速率明显提升,证实类固醇激素水平的升高是由于db/db小鼠肾上腺中胆固醇转运体StAR的转录增加所致[1]。结合本试验中amylin可抑制不定带内StAR的结果,及StAR作为类固醇激素合成的限速酶[27]和amylin可影响雌激素分泌[28]等结论,表明amylin除具有调节进食及能量代谢功能外,还可通过调节StAR的表达影响中枢神经系统内类固醇激素的合成速率。
4 结论通过检测小鼠神经系统内StAR的分布,以及证实amylin可抑制丘脑不定带内StAR的蛋白表达,提示amylin可通过StAR影响类固醇激素的合成速率进而参与调控摄食及能量代谢的过程。
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