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1 读书报告 报告人 : 闫潇时间 :

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4 背景介绍

5 肥胖症和代谢性疾病正在成为世界性流行病

6 肥胖 炎症 脂肪增加

7 下丘脑反应的改变与代谢和能 量平衡失调有关, 包括食物摄取 能量消耗 营养感应与糖代谢 下丘脑是许多促炎症因子的刺激 目标, 导致机体出现糖尿病的特点

8 急性和慢性侧脑室 (ICV) 注射 Apelin, 是在模仿肥胖 / 糖尿病小鼠下丘脑 Apelin 水平 诱导正常小鼠产生糖尿病的特点 空腹高血糖 高胰岛素血症 胰岛素耐受

9 棕色脂肪组织 (BAT 因 ) 其细胞内含有大量血红蛋白和高水平的血红素卟啉, 细胞呈棕色而得名 BAT 细胞体积比 WAT 小, 细胞表面密布交感神经纤维, 细胞中脂肪颗粒很少, 此种组织细胞内含有大量线粒体, 细胞周围含有丰富毛细血管, 这与其产热功能相匹配

10 BAT 现在被视为一个器官, 可以有针对性地发挥抗糖尿病作用, 改善脂代谢紊乱和胰岛素的分泌, 并在 T2D 状态下降低胰岛素抵抗 非颤栗性产热 (NST) 对哺乳动物在冷环境下的生存是必需的, 棕色脂肪组织是哺乳动物体内非颤栗产热的主要来源

11 在下丘脑弓形核 (ARC) 中, 含有两类调节能量代谢的神经元 (POMC) 神经元 : 抑制食欲 (AgRP) 神经元 : 促进食欲 POMC 神经元通过 POMC 原的剪切产物促黑激素 (alpha-msh), 一方面抑制食欲, 另一方面通过调节交感神经系统的兴奋性来影响机体的能量耗散

12 研究背景 01 确定慢性 ICV Apelin 输注是否诱导 小鼠下丘脑和 / 或全身产生炎症反应 研究目的 02 研究这种慢性处理对全身的能量消耗的影响 ; 在正常和病理条件下受下丘脑控制的棕色脂肪产热功能的改变

13 研究方法与思路

14 The mice were housed in Specifc Pathogen. Free zone in a constant temperature (20-22 ) and humidity (50 60%) animal room with a 12/12 h light/dark cycle (lights off at 7:00 am) and with free access to food and water over the 24 h period. 侧脑室注射 (icv )apelin-13 An osmotic mini-pump system connected to the lateral ventricle delivered either acsf or apelin-13 (20 nm) over 2 weeks, at a rate of 0.25μl/h.

15 RT-qPCR:

16 Enzymatic activity:hepatic glucose-6-phosphatase activity Western Blot : UCP1 Electrophysiology : POMC Plasma assays :ELISA kits IL1beta,TNFalpha, inos TG and FFA Body temperature Indirect calorimetric and ambulatory activity :Oxygen consumption (VO2), carbon dioxide production (VCO2), Respiratory quotient (RQ) The ambulatory activities of the mice were monitored using an infrared photocell beam interruption method.

17 研究内容和结果

18 1 慢性 ICV Apelin 增加下丘脑促炎性因子的表达 葡萄糖 -6- 磷酸酶 ( 糖异生 ) 去甲肾上腺素 甲肾上腺素

19 去甲肾上腺素是一种神经递质, 主要由交感节后神经元和脑内肾上腺素能神经末梢合成和分泌, 是后者释放的主要递质 和受体结合心肌收缩力增强, 心率加快, 心排血量增高 A B 交感神经是植物神经系统的重要组成部分 主要功能使心跳加快, 皮肤及内脏血管收缩, 冠状动脉扩张, 血压上升, 小支气管舒张, 胃肠蠕动减弱, 汗腺分泌汗液 立毛肌收缩等

20 IL1β 肿瘤坏死因子 α: 主要由活化的单核 / 巨噬细胞产生, 能杀伤和抑制肿瘤细胞, 促进中性粒细胞吞噬, 促进髓样白血病细胞向巨噬细胞分化, 是重要的炎症因子, 并参与某些自身免疫病的病理损伤 inos 白细胞介素 -1β: 局部作用局部低浓度的 IL-1β 主要发挥免疫调节作用 TNFα 诱导型一氧化氮合酶 : 利用一氧化氮的氧化应激 ( 自由基 ), 协助巨噬细胞在免疫系统中对抗病原体 它亦存在於心血管系统内

21 1 慢性 ICV Apelin 增加下丘脑促炎性因子的表达 mrna 有升高的趋势

22 1 慢性 ICV Apelin 增加下丘脑促炎性因子的表达 蛋白

23 2 慢性 ICV Apelin 不改变摄食和体重, 但激活下丘脑 POMC 神经元 体重 (weight) 血浆甘油三酯 (TG) 游离脂肪酸 (FFA) 下丘脑神经肽 Y (NPY) POMC

24 下丘脑的弓状核 (ARC) 包含两大类调节代谢的神经元 : 一类是抑制食欲的神经元, 如阿黑皮素原 (POMC) 神经元 ; 一类是促进食欲的神经元, 包括神经肽 Y(NPY) 和刺鼠肽基因相关蛋白 (AgRP) 神经元 POMC 神经元通过释放阿黑皮素原的剪切产物促黑激素 (α-msh), 一方面抑制食欲, 另一方面通过调节交感神经系统的兴奋性来增加机体的能量耗散 NPY 最主要的作用是增加食物的摄入, 降低饱食动物的产热效应

25 2 慢性 ICV Apelin 不改变摄食和体重, 但激活下丘脑 POMC 神经元动作电位频率

26 3 慢性 ICV Apelin 降低能量消耗, 不改变基础活动 Light Dark

27 3 慢性 ICV Apelin 降低能量消耗, 不改变基础活动 Light Dark

28 3 慢性 ICV Apelin 降低能量消耗, 不改变基础活动 Light Dark

29 3 慢性 ICV Apelin 降低能量消耗, 不改变基础活动 Light Dark

30 3 慢性 ICV Apelin 降低能量消耗, 不改变基础活动 Light Dark

31 棕色脂肪细胞的线粒体有一种称为解耦联蛋白 1(UCP1) 的物质, 是决定 BAT 功能的关键因素 (Heaton 等,1978) 这种物质使得葡萄糖和脂肪酸分解产生的能量不能转化为 ATP( 为生物体直接供能的物质 ), 而只能转化为热能 PGC-1α 是诱导棕色脂肪细胞 UCP1 高表达的重要激活因子 在寒冷 有氧运动和禁食条件下, 交感神经兴奋诱导 BAT 内 PGC-1α 表达, 提高 UCP1 水平, 从而增加了机体能量消耗 (Pierre,2003) 当 PGC-1α 被导入白色脂肪细胞后, 从而使 WAT 细胞具有 BAT 细胞的特征, 能诱导 UCP1 基因的表达和线粒体的合成, 促进 BAT 产热耗能

32 PRDM16 是调节棕色脂肪细胞形成的关键转录因子, 是控制棕色和白色脂肪细胞特异基因表达程序的分子开关 其机制是 C 末端结合蛋白和过氧化物酶体增殖剂活性受体 γ 辅助激活子 1(PPAR-γcoactivator- 1αand,βPGC-1α/β) 竞争性结合 PRDM16, 分别形成 PRDM16/CtBPs 和 PRDM16/PGC-1s 转录复合物, 前者可激活棕色脂肪特异基因的表达, 后者则抑制白色脂肪特异基因的表达

33 4 慢性 ICV Apelin 改变产热功能和棕色脂肪作用

34 4 慢性 ICV Apelin 改变产热功能和棕色脂肪作用

35 4 慢性 ICV Apelin 改变产热功能和棕色脂肪作用

36 4 慢性 ICV Apelin 改变产热功能和棕色脂肪作用

37 讨论和思考

38 Apelin 处理, 下丘脑 IL1β 和 inos mrna 水平增加, 验证了 apelin 在下丘脑中的炎症作用 但是, 下丘脑 inos 蛋白的表达显著增加, IL1β 没有明显变化 这些数据与变化的 mrna 的表达不完全一致 研究表明, 特定的大脑区域包括下丘脑 IL1β 的表达存在昼夜节律 此外, 研究表明小胶质细胞的炎症反应也受内在昼夜节律的控制 包括 TNF-α 和 IL-6,IL-1β 都存在时钟, 从而表明时间是一个需要考虑的因素调查脑的炎症干预 这种现象是否发生在目前的实验环境中? 有待调查

39 Apelin 注入大脑的两周后我们没有观察到体重和脂肪量的发展出现显著的变化, 但是能量消耗显著减少 本实验不能排除更长时间的处理可能会显著影响体重和脂肪储存, 但是作者用 ICV Apelin 灌注一个月后发现体重没有显著变化 另一个结果是慢性 apelin 处理出现轻微的但是值得关注的现象, 在日照的条件下呼吸商降低了 这个发现可能支持了之前学者表述的用外周的长期 apelin 处理, 会有一个转向脂肪氧化而不是碳水化合物的利用的趋势 因此, 这或许可以解释为什么没有体重的增加和脂肪的堆积 原因可能是为了在病理状态下补偿减少的能量消耗 葡萄糖利用 脂肪氧化

40 事实上, 我们先前已经公布, 慢性 ICV Apelin 增加肝脏新糖原生成, 因此促进小鼠的糖尿病表型的发展 最近,Perry 等人有显示肥胖 / 糖尿病小鼠中观察到的肝新糖原生成增加是由于肝脏乙酰辅酶 A 的增加 ( 肝细胞 ATP 或乙酰辅酶 A(CoA) 供应充分时, 能加强丙酮酸羧化而成糖 ), 而肝脏乙酰辅酶 A 的增加是由于白色脂肪组织脂肪氧化的增加 总之, 我们的数据支持的假设是, 尽管能源消耗减少与棕色脂肪组织功能障碍, 在实验模型中观察到的肝糖原生成的增加有利于倾向于证实脂质氧化增加 脂肪组织氧化肝脏乙酰辅酶 A 肝糖原合成

41 我们发现, 糖尿病前期的 ICV Apelin 处理出现了 PGC1α( 线粒体生物合成 ) 和 PRDM16 mrna(bat 分化 ) 的表达减少和 BAT UCP1(BAT 功能 ) 蛋白水平降低 这里, 我们发现中枢 apelin 对棕色脂肪的功能发挥了负面作用, 而不是直接作用于棕色脂肪生成能力或是褐变的过程 这些参与棕色脂肪产热的关键分子的改变与直肠温度的降低密切相关 最近,Goto 等人已经证明,IL1beta 抑制冷诱导的脂肪细胞产热, 这带来了一个潜在的分子解释理解我们的中枢 apelin 处理的小鼠的代谢表型 此外, 血浆 IL1beta 和产热之间的联系可能是 UCP1, 因为 IL1beta 能够减少 UCP1 在脂肪中的表达, 抑制 IL1β UCP1 BAT 产热

42 结论

43 能量代谢的中枢调控已成为近年来的研究热点 本实验证明下丘脑结构在很大程度上参与能量代谢 综合起来, 我们发现当增加大脑中的下丘脑 Apelin 水平, 会诱导局部出现炎症状态, 也伴随着血浆 IL1beta 水平的升高 能量消耗的降低可能与棕色脂肪活性的降低和产热作用下降有关 因此, 综合文献和本文研究结果, 我们可以推测炎症通过包括棕色脂肪在内的多器官功能障碍, 造成 T2D 的发生和发展

44 谢谢观看

读书报告 报告人 : 胡俊仪时间 :

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