高脂誘導的細胞嘌呤核苷酸異常代謝和調控的分子機制

《高脂誘導的細胞嘌呤核苷酸異常代謝和調控的分子機制》是依託南京理工大學，由張建法擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高脂誘導的細胞嘌呤核苷酸異常代謝和調控的分子機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張建法
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

細胞對高脂誘導的代償性反應導致的組織細胞損傷與代謝疾病和心血管的疾病密切相關，但是高脂飲食如何觸發諸如胰島素抵抗及代謝異常等生理狀態的真正的起始信號及傳導機制還不清楚。本課題將採用細胞和多種肥胖的小鼠模型，研究高脂狀態下血管內皮細胞的凋亡和破壞造成的胞內高濃度的嘌呤核苷酸向胞外釋放的生化機理；確定高脂狀態下具有典型標記的胞外嘌呤核苷酸信號以及作為高脂應激上游信號的發生機制；通過分析嘌呤核苷酸受體的基因敲除小鼠以及細胞受體的功能控制產生的效應，探索高脂誘導的胞外嘌呤核苷酸信號傳入細胞的機制；研究腺苷通道蛋白對腺苷進出細胞的控制以及在嘌呤核苷酸信號傳導中的關鍵角色；系統地研究胞內嘌呤核苷酸對高脂應激反應中重要代謝酶活性直接的調控功能，結果將闡明細胞高脂誘導的代謝異常中嘌呤核苷酸信號的發生和傳導機制，並加深對高脂應激損傷相關疾病發生和發展的認識。

結題摘要

二型糖尿病是威脅人類健康的最重要疾病之一。高脂飲食誘導的代償性反應導致的細胞損傷與包括二型糖尿病在內的代謝性疾病和心血管疾病相關，但高脂飲食引起代謝異常等生理狀態的起始信號仍未知。我們在多種糖尿病模型小鼠以及二型糖尿病患者中發現了血漿中5’-AMP的含量是上升的，血漿中5’-AMP含量的上升是二型糖尿病發生的重要標誌。游離脂肪酸引起血管內皮細胞和紅細胞釋放腺嘌呤核苷酸是胞外5’-AMP的重要來源。另外，肝臟和肌肉中ATP和腺苷酸代謝產物含量上升，這與注射5’-AMP的野生型小鼠的變化類似。向四種腺苷受體敲除小鼠（A1 -/-，A2a -/-，A2b -/-，A3 -/-）注射5’-AMP，其血糖的變化與野生型小鼠基本一致，說明5’-AMP引起高血糖不依賴腺苷受體的作用。小鼠實驗結果顯示外源5'-AMP使得小鼠的肝糖原明顯減少，並增加丙酮酸作為底物的糖異生作用，5’-AMP在肝臟和骨骼肌中能夠抑制胰島素引起的胰島素受體（IR）自磷酸化以及IR下游蛋白AKT的磷酸化水平，並且呈劑量依賴性。Docking分析顯示5’-AMP導致的高濃度腺苷是IR酪氨酸激酶潛在的抑制劑，從而削弱了胰島素的信號通路。這些結果表明，5’-AMP和胰島素之間相互影響，共同調控血糖的動態平衡。在給小鼠注射 5'-AMP 後 1h胞內的腺苷含量明顯上升，使得S-腺苷-L-蛋氨酸（AdoMet）與S-腺苷高半胱氨酸（AdoHcy）的比例降低，進一步減少了叉頭蛋白家族1（Foxo1）、葡萄糖-6-磷酸酶（G6Pase）和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK）基因啟動子區域的組蛋白 H3K9 二甲基化（Me2-H3K9）水平，導致 Foxo1、G6Pase 和 PEPCK 基因表達的增加，從而使血糖含量上升。5’-AMP抑制了Foxo1的出核過程，是Foxo1定位於細胞核內，增強了Foxo1的轉錄活性。二甲雙胍可以改善5’-AMP引起的高血糖和胰島素抵抗。這種作用與胞內pH的變化有關。5’-AMP可以使胞內pH下降而二甲雙胍可以使胞內pH上升。pH的變化影響酪氨酸去磷酸化酶的酶活，從而影響胰島素信號通路。這些數據說明了高脂引起的腺苷酸代謝異常在二型糖尿病高血糖和胰島素抵抗中的作用。