四川动物  2018, Vol. 37 Issue (1): 51-56

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魏立雯, 袁章琴, 赵明德, 韩建红, 古从伟, 付陆
WEI Liwen, YUAN Zhangqin, ZHAO Mingde, HAN Jianhong, GU Congwei, FU Lu
大麻素受体1对小鼠脂质代谢的作用研究
Effect of Cannabinoid Receptor 1 on Lipid Metabolism in Diet-induced Obese Mice
四川动物, 2018, 37(1): 51-56
Sichuan Journal of Zoology, 2018, 37(1): 51-56
10.11984/j.issn.1000-7083.20170165

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收稿日期: 2017-05-22
接受日期: 2017-10-13
大麻素受体1对小鼠脂质代谢的作用研究
魏立雯1 , 袁章琴2 , 赵明德1 , 韩建红1 , 古从伟1 , 付陆1*     
1. 西南医科大学实验动物中心, 四川泸州 646000
2. 苏州大学附属第一医院骨科研究所, 江苏苏州 215006
摘要目的 研究大麻素受体1(CB1)对高脂饮食诱导肥胖模型小鼠脂质代谢调节作用的机制。方法 高脂饮食喂养雄性C57BL/6J小鼠构建肥胖模型小鼠。灌胃给药CB1抑制剂利莫那班(SR141716),观察小鼠体质量、肝脏质量及血清生化指标,检测CB1在皮下脂肪、内脏脂肪、骨骼肌、肝脏、心脏中的mRNA和蛋白质水平,着重探索CB1对肉碱棕榈酰转移酶1(CPT1)基因在mRNA水平表达情况的变化。结果 SR141716抑制了CB1在小鼠各组织中mRNA和蛋白质水平的表达(P < 0.05),显著降低了小鼠体质量、肝脏质量(P < 0.05),降低了血清总胆固醇、高密度脂蛋白、脂联素和瘦素含量(P < 0.05);CB1受抑制后,组织中CPT1ACPT1B基因mRNA的表达水平明显上调(P < 0.05);未检测到CPT1ACPT1B在心脏的差异表达。结论 证实CB1通过作用于CPT1ACPT1B基因发挥对脂质代谢的调节作用,为靶向调控脂质代谢提供了可靠的依据。
关键词大麻素受体1     利莫那班     肉碱棕榈酰转移酶1     肥胖     脂质代谢    
Effect of Cannabinoid Receptor 1 on Lipid Metabolism in Diet-induced Obese Mice
WEI Liwen 1, YUAN Zhangqin 2, ZHAO Mingde 1, HAN Jianhong 1, GU Congwei 1, FU Lu 1*     
1. Department of Laboratory Animal, Southwest Medical University, Luzhou, Sichuan Province 646000, China;
2. Department of Orthopaedics, The First Affiliated Hospital, Orthopaedic Institute, Soochow University, Suzhou, Jiangsu Province 215006, China
Abstract: Objective To study the regulatory mechanism of cannabinoid receptor 1 (CB1) on the lipid metabolism of diet-induced obese mice. Methods The C57BL/6J male mice were feed with high-fat diet, and then the effect of rimonabant on the body mass, liver mass and serum biochemical index of mice were detected. In particular, the mRNA levels ofCB1 and carnitine palmitoyltransterase-1(CPT1), and protein levels of CB1 in subcutaneous fat, visceral fat, skeletal muscle, liver and heart were also tested. Results It was showed the body mass and liver mass, as well as the mRNA and protein levels of CB1 were all significantly decreased in rimonabant-treated mice (P < 0.05). Simultaneously, the levels of total cholesterol, high density lipoprotein, adiponectin and leptin were improved (P < 0.05). Furthermore, the mRNA levels of carnitine palmitoyltransterase-1A (CPT1A) and carnitine palmitoyltransterase-1B (CPT1B) in each tissue were increased, while no obviously difference was detected in the expression ofCPT1A andCPT1B in mouse heart. Conclusion It was suggested that CB1 can regulate lipid metabolism by controlling the expression ofCPT1A andCPT1B genes. A basis for clinical treatment of lipid metabolism disorders was provided.
Keywords: cannabinoid receptor 1     rimonabant     carnitine palmitoyltransferase-1     obesity     lipid metabolism    

随着人类生活水平的提高,肥胖已成为全球性的现代文明病,它是目前发病率急剧上升的一种慢性疾病(王瑾等,2016)。肥胖常伴随多种严重并发症,涉及心血管、神经、呼吸、内分泌和消化等多个系统(汤劐菱等,2007)。因此,世界卫生组织已确认肥胖为一种疾病,并向全世界宣布“肥胖症将是全球首要的健康问题”。深入了解脂质代谢的分子机制,对于改善人体健康、靶向调控脂质代谢紊乱及其诱发的其他代谢性疾病,具有非常重要的意义。

大麻素受体(cannabinoid receptor 1,CB1)是内源性大麻素(endogenous cannabinoid,EC)信号系统的主要受体(胡予等,2007),在脂质代谢、胰岛素抵抗及葡萄糖摄取等机制中发挥重要作用,与糖尿病、肥胖以及脂肪沉积密切相关(Howlett et al., 2002Matias et al., 2006)。利莫那班(SR141716)是CB1受体抑制剂,通过选择性阻断EC信号系统中CB1发挥作用(马微等,2010)。肉碱棕榈酰转移酶1(carnitine palmitoyltransferase-1,CPT1)是脂肪酸β-氧化的关键酶,与脂肪酸分解和体脂含量密切相关(Louet et al., 2001)。CPT1高表达可以促进脂肪酸分解、降低体脂百分比、改善肝脏变性(Musso et al., 2009)。其中,肉碱棕榈酰转移酶1A(CPT1A)主要在肝脏、肾脏和胰腺表达,主要作用是调节脂肪酸β-氧化、促进脂肪生成,其表达量降低会导致线粒体功能障碍、脂肪肝和肥胖(Drynan et al., 1996Amengual et al., 2012)。肉碱棕榈酰转移酶1B(CPT1B)主要在心脏和脂肪组织表达,低表达时引起心脏功能障碍、白色脂肪组织的脂肪沉积(He et al., 2012Ratner et al., 2015)。

本课题组前期的研究表明,在体外细胞中,CB1通过调控CPT1ACPT1B的表达影响脂质代谢和脂肪沉积(Zhang et al., 2014)。但是,目前还没有实验研究体内CB1通过对CPT1A、CPT1B作用来调节肥胖和脂质代谢的作用。本研究使用高脂饮食喂养小鼠构建肥胖模型,给予SR141716观察CB1对CPT1ACPT1B表达的影响,为临床上预防代谢紊乱提供新思路。

1 材料与方法 1.1 构建肥胖模型

选取70只5周龄健康雄性C57BL/6J小鼠,由成都达硕实验动物有限公司提供,实验动物生产许可证号:SCXK(川)2015-030。饲喂于西南医科大学实验动物中心SPF屏障系统,实验动物使用许可证号:SYXK(川)2013-065,温度20~24 ℃,湿度40%~70%,光照时间为08: 00—20: 00。其中, 20只给予正常标准饲料,另外50只给予高脂饲料,共16周。收集血液测定血清总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL)、高密度脂蛋白(HDL)。根据血清生化指标筛选出30只肥胖模型小鼠。

1.2 药物处理及采样

将SR141716溶解在含0.1%Tween-80的蒸馏水中。从标准饲料饲养组中随机选取15只小鼠做空白对照(S-Veh组),随机将30只肥胖模型小鼠分为2组(D-Veh组、D-SR组)。S-Veh组和D-Veh组灌胃0.1%Tween-80,D-SR组灌胃SR141716(10 mg·kg-1·day-1),每日测量小鼠体质量,共3周。灌胃实验结束后,颈椎脱臼处死小鼠,采集血液,用于测定生化指标。分离采集各组织样本,生理盐水冲洗后,称量,待RNA和蛋白质提取用。

1.3 血清生化指标检测

运用全自动生化分析仪(ES-480)检测血清中TG、TC、HDL和LDL的含量。使用Multiskan FC酶标仪(Thermo Scientific,USA),按照ELISA试剂盒(Boster,武汉)检测血清脂联素和瘦素含量。

1.4 总RNA提取和cDNA的制备

使用RNAsimple Total RNA Kit(TianGen,北京)提取试剂盒,按照说明提取各组织总RNA,并通过A260/A280值和1%琼脂糖凝胶电泳判断所提取的RNA质量。使用PrimeScript RT Reagent Kit with gDNA Eraser(TaKaRa,大连)反转录试剂盒将RNA反转录为cDNA。

1.5 实时荧光定量PCR

采用2-△△CT法(Vandesompele et al., 2002)以β-actinGAPDH作为双内参,在CFX96TMReal-time System上检测CB1CPT1ACPT1B基因在各组织中mRNA的表达水平。根据NCBI提供的各基因参考序列,设计荧光定量引物(表 1),由北京六合华大基因有限公司合成。按照SYBR© Premix Ex TaqTM Ⅱ (TaKaRa,大连)试剂盒的使用说明书加样,标准品作为板间对照,并设No-Template Control,每个待测样3个重复。

表 1 实时荧光定量PCR引物 Table 1 The primers used for qPCR
基因 序列5'-3' 长度/bp 熔解温度/℃
CB1 F:CGTGCTTACTTAGTTTGCTG
R:TTCTATGGGTAGTTAGGCTTC
171 54.0
CPT1A F:CGCCATACTGCTGTATCGTC
R:ATGTGCCTGCTGTCCTTGA
171 58.5
CPT1B F:ATGTGCAAGCAGCCCGTCTAG
R:TGCCTGGGATGCGTGTAGTG
159 62.0
β-actin F:GTCCCTCACCCTCCCAAAAG
R:GCTGCCTCAACACCTCAACCC
266 55.8
GAPDH F:GGTGAAGGTCGGTGTGAACG
R:CTCGCTCCTGGAAGATGGTG
233 57.0
1.6 Western Blot检测CB1的表达量

使用含有蛋白酶和磷酸酶抑制剂的RIPA蛋白裂解液(Pierce Biotechnology,USA)提取各组织蛋白质。利用BCA Protein Assay Kit(Life Technologies,USA)测定蛋白质含量。CB1单克隆抗体(Beverly,USA)、β-actin(Santa,USA)以及辣根过氧化物酶标记二抗(Boster,武汉)。Western Blot实验的具体操作方法主要参考Fu等(2016)

1.7 数据处理

所有数据以Mean±SE表示,运用SPSS 19.0分析处理,组间的差异比较采用单因素方差分析。显著性水平α=0.05。

2 结果 2.1 小鼠体质量、肝脏质量、血清生化指标的变化

在药物处理之前,S-Veh、D-Veh和D-SR各组小鼠的平均体质量分别为30.5 g±0.4 g、40.6 g±0.3 g和41.2 g±0.4 g,统计分析发现S-Veh组与D-Veh组、D-SR组之间差异均有统计学意义(P<0.05),而D-Veh组和D-SR组之间差异无统计学意义(P>0.05)。经过3周SR141716灌胃处理后,各组小鼠的平均体质量分别为28.4 g±0.5 g、36.5 g±0.8 g和30.3 g±1.2 g。与D-Veh组相比,D-SR组小鼠的体质量极显著降低(P<0.01);与D-Veh组相比,D-SR组小鼠的肝脏质量显著降低(P<0.05)(图 1)。同时,血清生化指标分析发现,与D-Veh组相比,D-SR组的TC和瘦素含量显著降低(P<0.05),HDL和脂联素含量显著升高(P<0.05),而TG和LDL含量的差异无统计学意义(P>0.05)(表 2)。

图 1 小鼠体质量和肝脏质量的变化 Fig. 1 The change of body mass and liver mass of mice

表 2 利莫那班处理高脂饮食诱导肥胖小鼠3周后的血清生化指标分析(n=15) Table 2 Plasma analyses after 3-week treatment with rimonabant in diet-induced obese mice (n=15)
组别
Group
甘油三酯TG/(mg·dL-1) 总胆固醇TC/(mg·dL-1) 高密度脂蛋白HDL/(mg·dL-1) 低密度脂蛋白LDL/(mg·dL-1) 脂联素Adiponectin/(μg·mL-1) 瘦素Leptin/(ng·mL-1)
S-Veh 256.3±12.8 81.2±4.8 48.1±1.5 23.6±0.7 20.3±0.9 6.71±0.48
D-Veh 168.3±8.9 135.4±9.5 37.2±0.8 24.8±1.9 16.7±1.2 27.43±0.95
D-SR 175.2±11.6 121.7±7.1* 55.7±1.9** 26.1±1.3 22.5±1.4* 15.62±1.23**
注:D-Veh组和D-SR组相比,*P<0.05,**P<0.01;下同
Notes:Comparison between D-Veh and D-SR,*P<0.05,**P<0.01;the same below
2.2 SR141716高效抑制CB1的表达水平

qPCR结果表明(图 2:a),与D-Veh组相比,在D-SR组小鼠的皮下脂肪、内脏脂肪、骨骼肌和肝脏组织中,SR141716分别抑制了CB1基因mRNA表达水平的85.1%、87.8%、72.6%和91.3%(P<0.01)。同时,CB1基因mRNA表达水平在S-Veh组和D-Veh组小鼠各组织间的差异有统计学意义(P<0.05)。Western Blot结果表明(图 2:b),CB1蛋白质表达量在D-SR组小鼠的皮下脂肪、内脏脂肪、骨骼肌、肝脏、心脏等组织中明显降低(P<0.05)。

图 2 小鼠组织中CB1的mRNA(a)和蛋白质(b)表达水平 Fig. 2 The mRNA (a) and protein (b) levels of CB1 in mice
2.3 CB1显著上调CPT1ACPT1B基因的mRNA表达水平

与D-Veh组相比,CPT1A的表达量在D-SR组小鼠的肝脏中显著上调(P<0.05),CPT1B的表达量在D-SR组小鼠的皮下脂肪、内脏脂肪、骨骼肌组织中显著上调(P<0.05)(图 3)。

图 3 小鼠组织中CPT1ACPT1B的mRNA表达水平 Fig. 3 The mRNA levels of CPT1A and CPT1B in mice
3 讨论

CB1是脂质类EC信号系统的主要受体,在脂肪代谢平衡、脑发育、炎症反应、神经系统功能障碍及食欲控制等机制中发挥着重要作用(Matias et al., 2006Katona & Freund,2012Lutz et al., 2015Lu & Mackie,2016)。SR141716作为CB1受体抑制剂已被商品化为食欲抑制剂、减肥药物(Rinaldi-Carmona et al., 1994)。Leite等(2009)研究证实SR141716能够促进脂类分解,降低体质量,也可以通过降低TG、游离脂肪酸和TC,增高HDL/LDL比值改善血脂异常状况。

本研究旨在观察CB1对脂质代谢、体质量、肝脏质量、血清中TG、TC、HDL、LDL、脂联素和瘦素含量的影响。结果表明,SR141716灌胃组小鼠的体质量、肝脏质量、血清中TC和瘦素含量显著降低,血清中HDL和脂联素含量增加,然而,血清中TG和LDL含量没有明显改变。本实验研究结果与CB1可以降低体质量、减小腹围、改善肝脂肪变性及血脂异常状况的结论(Tang et al., 2012)基本一致。

大量研究数据证实,外周组织中CB1有望成为治疗肥胖和代谢综合征的新靶点(Crespillo et al., 2010Silvestri et al., 2011)。前期体外实验证明,SR141716降低了CB1 mRNA水平的表达,但是增加了CPT1ACPT1B的表达,从而减少了脂肪沉积(Zhang et al., 2014)。研究结果显示,肥胖模型小鼠皮下脂肪、内脏脂肪、骨骼肌和肝脏组织中CB1在mRNA和蛋白质水平均呈现高表达。SR141716灌胃处理后,CB1的表达显著下降,而CPT1ACPT1B的表达随之升高。CPT1A的高表达主要在肝脏,而在骨骼肌、皮下脂肪、内脏脂肪组织中低表达。与CPT1A相反,CPT1B高表达在骨骼肌、皮下脂肪、内脏脂肪组织,低表达在肝脏。Nogueiras等(2008)的结果也证实,CB1受抑制后上调CPT1,从而促进脂肪分解、抑制脂肪生成。值得一提的是,低水平的CB1可在心脏中检测到,然而本实验中CPT1ACPT1B在心脏的表达水平非常低,与前期在猪和心肌细胞上的研究结果相反(Zhang et al., 2014)。因此,关于CPT1A和CPT1B在心脏中的作用机制,尚需进一步研究证实。

本研究结论证实CB1通过作用于CPT1ACPT1B发挥对脂质代谢的调节作用,提高血清中TC、HDL、脂联素和瘦素含量,为靶向调控脂质代谢提供了可靠的依据。

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