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11β-羟化类固醇脱氢酶1对棕色脂肪功能影响的机制研究

作　者: 刘娟
导　师: 丁国宪
学　校: 南京医科大学
专　业: 老年医学
关键词: 棕色脂肪 11β－羟化类固醇脱氢酶1 BVT.2733 糖皮质激素肥胖 β氧化脂质小滴慢病毒
分类号: R589
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着社会经济的发展，肥胖已成为全球流行性疾病。目前研究发现，棕色脂肪（brown adipose tissue，BAT）富含大量的线粒体，通过线粒体的氧化磷酸化作用将脂质颗粒中的游离脂肪酸氧化，并通过特异性的解偶联蛋白的作用，将氧化和磷酸化解偶联，使脂肪酸氧化所产生的能量以热量的形式而非三磷酸腺苷（ATP）的形式散发，与肥胖及机体能量平衡之间的关系密切。另一方面，作为糖皮质激素在局部组织的放大器，11β－羟化类固醇脱氢酶（11β-hydroxysteroid dehydrogenase type1，11β-HSD1）将组织中无活性的可的松转化为有活性的氢化可的松，是影响白色脂肪分化和功能的关键酶，白色脂肪组织的11β-HSD1活性增强会导致肥胖的发生。但目前11β-HSD1对棕色脂肪的作用却仍不明确。本研究利用棕色脂肪原代细胞模型，使用特异性11β-HSD1抑制剂，以及干涉和高表达11β-HSD1基因，反复分析了11β-HSD1对棕色脂肪细胞功能的影响。结果发现11β－HSD1是调控棕色脂肪功能的重要因子，抑制11β－HSD1活性可促进棕色脂肪细胞功能。进一步使用特异性11β-HSD1抑制剂进行体内研究，同样发现抑制11β－HSD1活性能够促进肥胖小鼠棕色脂肪的功能，同时显著改善了机体的整体代谢。本研究为临床上肥胖、2型糖尿病等代谢紊乱性疾病的治疗提供了新思路。本研究分为三个部分：第一部分：糖皮质激素对棕色脂肪功能影响的研究第二部分：11β－HSD1对原代棕色脂肪细胞功能影响及其机制研究第三部分：11β－HSD1对肥胖小鼠代谢及其棕色脂肪功能影响的研究第一部分：糖皮质激素对棕色脂肪功能影响的研究目的：众所周知，糖皮质激素是促进白色脂肪分化的关键因子。而目前，糖皮质激素对于棕色脂肪的研究结果却仍不十分明确。绝大多数的体外研究提示，糖皮质激素是抑制棕色脂肪功能的重要因子，棕色脂肪细胞的糖皮质激素活性增强后，其特异性的功能基因——解偶联蛋白1（uncoupling protein-1,UCP1）水平出现下调。然而，有关糖皮质激素对棕色脂肪功能影响的体内研究结果却不完全支持这个结论，有研究报道内源性增加母羊体内糖皮质激素水平时，分娩后的新生乳羊的棕色脂肪分化反而更好。因此，我们旨在明确糖皮质激素对小鼠棕色脂肪功能的影响。方法：在体内研究方面，我们使用地塞米松干预C57BL/6J小鼠6周，分析糖皮质激素对小鼠棕色脂肪形态，功能基因及蛋白表达的影响。体外研究方面，我们分别使用有活性的糖皮质激素——地塞米松和需要通过11β－HSD1活化的无活性的糖皮质激素——可的松，干预原代棕色脂肪细胞，进一步分析糖皮质激素对棕色脂肪功能基因表达的影响。结果：体内研究方面，和对照组相比，地塞米松干预小鼠棕色脂肪的细胞体积显著性增大，呈现类似于白色脂肪的大脂滴腔，同时小鼠棕色脂肪组织的功能基因，包括UCP1，Cidea，Cox7a1，Cox8b均显著性下降，进一步免疫组化结果也提示其UCP1表达明显减少。体外研究方面，不管是有活性的地塞米松还是无活性的可的松都能显著抑制原代棕色脂肪细胞UCP1的基因表达，并呈浓度依赖性。结论：糖皮质激素可显著抑制棕色脂肪的功能基因表达，并且无活性的糖皮质激素可能是通过细胞内转化糖皮质激素活性的关键酶——11β－HSD1的作用，进而抑制棕色脂肪细胞的功能基因表达。第二部分：11β－HSD1对原代棕色脂肪细胞功能的影响及其机制研究目的：在体内局部组织中存在着调节糖皮质激素代谢的关键酶―11β－HSD1，它将无活性的可的松转化为有活性的氢化可的松，增强局部组织糖皮质激素的作用，是糖皮质激素在局部组织的作用放大器。现已证实，11β－HSD1在白色脂肪功能中起重要作用，是调控白色脂肪分化及功能的关键酶。然而，11β－HSD1对棕色脂肪的功能影响仍鲜有报道。我们在第一部分的研究中发现，与地塞米松一样，无活性的糖皮质激素——可的松也可显著抑制棕色脂肪功能基因表达，提示可的松可能正是通过11β－HSD1在细胞内的作用，达到降低棕色脂肪细胞UCP1表达的效应。因此，本部分研究旨在探讨11β－HSD1对棕色脂肪功能的影响，以及其作用的可能机理。方法：我们在原代棕色脂肪细胞培养的基础上，分别使用特异性11β－HSD1抑制剂（BVT.2733），慢病毒干涉/高表达11β－HSD1基因，以及高表达11β－HSD1后再重新使用BVT.2733干预的方法，反复分析11β－HSD1对棕色脂肪功能的影响。结果：高表达11β－HSD1可抑制棕色脂肪功能基因表达，包括UCP1，Cidea，Cox7a1和Cox8b，反之，使用BVT.2733干预或干涉11β－HSD1基因都能显著促进棕色脂肪功能基因的表达。另一方面，11β－HSD1还能显著调控棕色脂肪的脂质代谢，抑制11β－HSD1活性会促进棕色脂肪游离脂肪酸的β氧化功能基因表达，并显著改变脂质小滴蛋白的表达，使棕色脂肪的脂滴变得更加细小。结论：11β－HSD1是调控棕色脂肪功能的重要因子，抑制11β－HSD1活性可促进棕色脂肪的功能。并且11β－HSD1可能是通过调节棕色脂肪的脂质小滴蛋白的表达，促进了棕色脂肪的β氧化，减小了脂滴的形成，从而进一步增强了棕色脂肪的功能。第三部分：11β－HSD1对肥胖小鼠代谢及其棕色脂肪功能影响的研究目的：棕色脂肪是能量消耗的器官，棕色脂肪细胞中富含大量的线粒体，通过线粒体的氧化磷酸化作用将脂质颗粒中的游离脂肪酸氧化，并以热量的形式散发，消耗能量，与肥胖、机体能量代谢之间的关系密切。在第二部分的研究中，我们已经反复证实11β－HSD1是调控棕色脂肪功能的重要因子，抑制棕色脂肪细胞中11β－HSD1的活性能够促进棕色脂肪的功能。因此，本部分的研究旨在通过肥胖小鼠的体内实验，分析11β－HSD1对体内棕色脂肪组织的作用，从而进一步探讨11β－HSD1对小鼠整体代谢的影响，为肥胖、2型糖尿病的临床治疗提供一个新思路。方法：高脂饮食喂养C57BL/6J小鼠建立肥胖动物模型，将特异性11β-HSD1抑制剂（BVT.2733）通过灌胃的方法干预肥胖小鼠4周，分析BVT.2733使用后小鼠整体代谢的改变，以及BVT.2733对小鼠棕色脂肪组织功能的影响。结果：BVT.2733干预4周显著减轻了肥胖小鼠的体重，改善了糖耐量，增加胰岛素敏感性。另一方面，与对照组相比，BVT.2733能够显著促进肥胖小鼠的棕色脂肪功能基因表达，包括UCP1，Cidea，Cox7a1和Cox8b，并同样影响其脂质代谢，促进其游离脂肪酸的β氧化功能基因表达。结论：BVT.2733能够促进肥胖小鼠的棕色脂肪功能，减轻肥胖小鼠体重，改善代谢。11β-HSD1抑制剂可能成为治疗肥胖的新的有效手段。

全文目录

英文缩略语词表  4-5
中文摘要  5-9
Abstract  9-14
前言  14-17
第一部分糖皮质激素对棕色脂肪功能影响的研究  17-34
  引言  17-18
  材料与方法  18-29
  结果  29-33
  第一部分结果总结  33-34
第二部分 11β－HSD1 对原代棕色脂肪细胞功能影响及其机制研究  34-75
  引言  34-36
  材料与方法  36-54
  结果  54-74
  第二部分结果总结  74-75
第三部分 11β－HSD1 对肥胖小鼠代谢及其棕色脂肪功能影响的研究  75-84
  引言  75-76
  材料与方法  76-79
  结果  79-83
  第三部分结果总结  83-84
讨论  84-89
参考文献  89-93
综述  93-113
  参考文献  109-113
攻读博士学位期间发表文章  113
攻读博士学位期间获得课题  113
攻读博士学位期间申报国家发明专利  113-114
致谢  114

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