PGC-1α响应胰高血糖素对小鼠门静脉周肝细胞尿素生成的影响
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摘要
肝脏是氨基酸糖异生的主要场所,在动物长期禁食的情况下,蛋白质周转加快,肝脏糖异生增强,氨基酸碳骨架用以生糖,氮骨架以氨的形式释放进入肝脏代谢生成尿素排出体外。其中尿素生成和糖异生主要发生在门静脉周肝细胞中,并且受到过氧化物酶体增生物激活受体γ共激活剂1α(PGC-1α)的调控。本试验旨在研究PGC-1α响应胰高血糖素对小鼠门静脉周肝细胞对尿素生成的影响。首先在野生型和PGC-1α基因敲除的小鼠门静脉灌注中1 mmol/L[~(13)N,~(13)C]丙氨酸溶液,采集肝静脉血液以及肝脏组织样品,基于气相色谱-质谱联用(GC-MS)的代谢组学分析了血液中的代谢产物变化,数字基因表达谱分析了肝脏组织基因表达,并检测了相关代谢酶活性;其次分离培养鼠门静脉周肝细胞,并在此基础上敲除或过表达PGC-1α,检测尿素生成通路上相关基因的表达和酶活性,研究PGC-1α对尿素生成的影响。小鼠的体内实验表明,禁食会极大程度刺激(P<0.01)胰高血糖素的分泌,同样受到刺激(P<0.01)的还有肝脏内PGC-1α、SIRT3和SIRT5表达,以及尿素生成酶的活性(P<0.01),例如,氨甲酰磷酸合成酶1(CPS1)和鸟氨酸甲酰基转移酶(OTC);在~(15)N,~(13)C-丙氨酸灌注小鼠肝脏后发现,野生型小鼠中的~(15)N-尿素和~(13)C-葡萄糖产量显著(P<0.01)高于PGC-1α基因敲除小鼠中的产量;研究发现胰高血糖素可以显著(P<0.01)增加尿素生成、SIRT3和SIRT5表达以及提高CPS1和OTC的活性,但是在PGC-1α沉默小鼠的门静脉周肝细胞中没有显著影响(P>0.05);相反的,在PGC-1α过表达的小鼠门静脉周肝细胞中提高SIRT3和SIRT5的表达以及CPS1和OTC的活性显著(P<0.01),但是CPS1和OTC的蛋白表达没有显著(P>0.05)变化,相应的,PGC-1α过表达诱导CPS1和OTC活性的改变会增加(P<0.01)尿素生成;此外,研究还发现SIRT3能够直接去乙酰化并上调OTC的活性,SIRT5去乙酰化并激活CPS1的活性。综上所述,在禁食情况下,PGC-1α通过调控SIRT3、SIRT5分别去乙酰化并激活CPS1和OTC的活性,进而促进小鼠门静脉周肝细胞的尿素生成;PGC-1α通过SIRT3和SIRT5调控尿素生成的机制可能肝脏氨解毒以及代谢稳态密切相关。
引文