脂解诱导的巨噬细胞聚集机制和海参皂苷对其调节作用的初步研究

【摘要】能量摄入过度和运动相对不足导致了世界范围的肥胖现象激增,肥胖可以引发糖尿病,心血管疾病、脂肪肝、神经退行性疾病和癌症,肥胖已成为全球范围的健康问题。近年来研究发现,脂肪组织不仅是能量存器官,也是重要的内分泌和代谢器官,可以分泌产生多种细胞因子,并发生巨噬细胞浸润导致炎症的发生机体在正常情况下,脂肪细胞的脂肪含量较少,基础脂解率也较低。在肥胖发生时,由于脂肪组织增多,相应的基础脂解率也随之提高,释放出大量的游离脂肪酸(FFA)。当节食或禁食状态下,由激素诱导的需求性脂解被激活,脂肪组织也会快速产生大量FFA以满足机体能量需求。无论是肥胖引起的脂肪分解还是节食引起的脂肪分解,都同样引发脂肪组织中巨噬细胞的聚集和增多。但是脂肪分解是如何引起巨噬细胞浸润的,其中的作用机制尚不明确,因此本文对脂解诱导巨噬细胞聚集的机制开展了研究。结果发现脂解过程产生的前列腺素PGE2是诱导巨噬细胞迁移的主要作用分子,并且很有可能参与了肥胖发生过程伴随的巨噬细胞浸润。实验室前期研究发现,海参皂苷具有显著的改善肥胖及其相关代谢相关疾病的作用,但是其作用机制,特别是对脂肪组织功能的影响尚不明确。海参皂苷单体echnosideA(EA)在海参皂苷中含量较为丰富且结构明确,故本研究选用EA为代表,考察了EA对肥胖的改善作用,并从影响脂肪组织内巨噬细胞浸润和环氧合酶(COX)表达等方面对其作用机制进行了初步研究,为海参皂苷在功能食品中的应用提供科学依据。本研究首先以成熟分化的3T3L1脂肪细胞为体外模型,通过forskolin处理诱导其脂解,检测了脂解过程中游离脂肪酸、MCP-1、一氧化氮、花生四烯酸及其代谢产物前列腺素等的变化,并通过transwell巨噬细胞迁移模型验证上述物质影响巨噬细胞的趋化能力,最后确定FFA和PGE2通过协同作用共同诱导了脂解过程中巨噬细胞向脂肪组织的迁移,但是PGE2作用更强。本文对脂肪细胞前列腺素PGE2的生成机制进行了研究,从PGE2合成底物花生四烯酸的水解、再酰化,以及PGE2合成相关酶的表达方面进行了分析,结果发现,forskolin诱导的脂解可以刺激胞质型磷脂酶A2(cPLA2α)转录表达、磷酸化,并促进其从细胞质转位至细胞质膜；另外forskolin对LPCAT的基因表达无影响,表明forskolin通过促进了cPLA2α活力提高磷脂水解产生花生四烯酸,同时不影响LPCAT介导的花生四烯酸再酯化,解释了脂解引起的花生四烯酸增多的原因。另外,forskolin诱导的脂解还刺激了COX2的基因表达,说明PGE2合成的增多不单单是由于底物增多,作为PGE2合成关键酶的COX2表达大幅度上调也是关键因素。FAT/CD36是单链跨膜蛋白,不仅参与脂肪酸转运,还可调节细胞内外的信号传递过程。前期研究表明CD36是调节脂解的重要分子,本文通过SiRNA干扰技术敲除脂肪细胞中CD36,然后比较了CD36正常表达和静默表达后,脂肪细胞生成FFA和PGE2的差异。结果发现,CD36敲除后抑制了脂解诱导的巨噬细胞迁移,降低了PGE2含量,但对FFA释放并无影响,进一步证实PGE2可能介导了巨噬细胞迁移。CD36敲除后,cPLA2α的转录表达明显下调,同时磷酸化水平明显降低,提示CD36敲除后cPLA2α活力受到抑制,同时COX2基因表达显著下调,以上结果表明CD36通过影响cPLA2α转录和磷酸化调节减少了花生四烯酸产生,并通过进一步影响COX2表达参与调节PGE2的合成,提示CD36可能通过影响脂肪细胞脂解调节巨噬细胞在脂肪组织内的聚集。为了验证CD36在巨噬细胞募集中的作用,我们又利用CD36缺失小鼠进行了验证。通过过夜禁食诱导小鼠发生脂肪分解,比较观察了野生型和CD36缺失小鼠脂肪组织内巨噬细胞聚集情况。结果发现,禁食诱导的脂解主要促进了脂肪组织内M2型巨噬细胞积聚,同时观察到脂肪组织中PGE2含量显著升高。M2巨噬细胞具有抗炎特性,虽然禁食引起的脂解导致了巨噬细胞浸润,但并未引发炎症发应。与野生型小鼠相比,禁食后CD36-／-小鼠脂肪组织巨噬细胞浸润明显降低,FFA水平却仍然仍高,但是脂肪组织中COX1基因表达和PGE2水平显著降低。值得注意的是,脂肪组织中巨噬细胞特异标志F4/80表达和COX1表达呈现极显著的正相关关系,以上证据表明COX1介导的PGE2生成,在影响巨噬细胞向脂肪组织浸润过程发挥了重要作用。为了探讨海参皂苷是否可以通过影响COX表达改善肥胖,本文研究了海参皂苷EA对高脂饮食诱导的肥胖小鼠的改善作用。结果发现,摄食EA确实表现出明显的减重和减少体脂肪的效果,同时降低了脂肪组织中PGE2含量和COX1表达,减少了巨噬细胞浸润,从而改善了肥胖导致的炎症反应。除此之外,摄食EA可以促进脂联素生成,刺激肝脏过氧化物酶体激活受体(PPARa)及其下游基因肉碱棕榈酰转移酶(CPT1)的转录和酶活,提高AMPK磷酸化水平,提示EA可能通过脂联素信号激活AMPK和PPARa通路,活化脂肪酸分解代谢途径。以上结果表明EA可能通过减少COX抑制巨噬细胞浸润、促进脂肪酸分解等多种途径起到改善肥胖的效果。综上所述,本研究发现PGE2是促进脂解过程中巨噬细胞迁移的主要作用分子,并且很有可能参与了肥胖发生过程伴随的巨噬细胞浸润,延伸了我们对于巨噬细胞募集机制的认识。脂解过程募集的巨噬细胞可以吞噬脂肪组织释放的大量脂质减少脂毒性损伤,是一种保护机制的体现。而海参皂苷EA可以通过下调脂肪组织COX1表达抑制PGE2生成,从而减轻巨噬细胞浸润和炎症反应,为海参皂苷在功能食品中的应用提供了新的理论支持。
【作者】胡晓倩；
【导师】薛长湖；AbumradNada；
【作者基本信息】中国海洋大学，食品科学，2014，博士
【关键词】肥胖；脂肪分解；毛喉素；巨噬细胞；花生四烯酸；前列腺素E2；磷脂酶A2；环氧合酶；脂肪酸转位酶；海参皂苷；

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