高糖胁迫诱发家蝇氧化应激与线粒体功能损伤

【摘要】：高糖饮食会诱发多种代谢性疾病,然而高糖摄入导致的损伤机制尚不清晰,该科学问题值得深入研究。本论文以家蝇(Musca domestica)为实验材料,旨在研究高糖摄入对家蝇的机体损伤机制,从生长发育、糖脂代谢和氧化应激3个层次深入阐述,重点关注线粒体功能变化。本研究涉及的主要内容和结果如下:1)家蝇线粒体转录因子A(mitochondrial transcription factor A,TFAM)基因MdTFAM的克隆鉴定。MdTFAM基因cDNA(GenBank登录号:MK519375)包含一个762 bp的完整开放阅读框,编码253个氨基酸残基。MdTFAM蛋白结构中含有2个串联的HMG(high mobility group)结构域。利用qRT-PCR(quantitative real-time PCR)技术对MdTFAM在不同发育阶段和不同组织中的表达水平进行分析,结果表明MdTFAM在家蝇卵期和幼虫的肠道及脂肪体中呈高表达。该基因受到紫外线(ultraviolet,UV),盐酸阿霉素(doxorubicin,DOX)和氯化镉胁迫刺激后会显著上调表达,说明此基因可能参与家蝇的抗氧化过程。2)高糖饲喂对家蝇生长发育和糖脂代谢的影响。向家蝇幼虫培养基中添加高浓度蔗糖(0.47 M和2.34 M),结果发现高糖饮食导致幼虫出现体重减少、存活率降低及化蛹延迟等现象。投喂高糖饵料12 h后,幼虫血淋巴中葡萄糖和海藻糖含量升高;但是在正常培养基中恢复培养24 h后,血糖下降到正常水平。高糖饲喂会导致家蝇幼虫中糖原含量显著下降,然而甘油三酯(triglyceride,TAG)含量却显著升高,我们推测高糖饲喂造成了家蝇幼虫糖脂代谢紊乱。qRT-PCR测定脂代谢相关基因脂肪三酰甘油脂肪酶(Adipose trigtyceride lipase,ATGL)和脂肪酸合成酶(Fatty Acid Synthase,FAS)的表达量,结果显示它们在高糖处理组家蝇中表达量下降,进一步证实了高糖胁迫会造成幼虫糖脂代谢紊乱。3)高糖饲喂对家蝇幼虫氧化还原水平和线粒体功能影响。研究发现,2.34 M蔗糖饲喂会降低幼虫运动能力,损伤家蝇幼虫肠道组织,并引起脂肪体细胞的DNA损伤。高糖胁迫引发生氧化应激,家蝇幼虫体内丙二醛(Malondialdehyde,MDA)和活性氧(reactive oxygen,ROS)含量显著升高。并且,高糖饲喂实验组家蝇幼虫中线粒体复合物I(complex I,CI)和复合物II(complex,CII)活性降低,线粒体氧化磷酸化水平下降,伴随线粒体形态异常。进一步通过qRT-PCR分析线粒体活性密切相关基因的表达量,发现实验组家蝇幼虫中MdTFAM、核因子相关因子2(nuclear factor-erythroid 2-related factor-2,Nrf2)基因MdNrf2、沉默信息调控因子4(silent information regulator 4,Sirt4)基因MdSirt4和海藻糖合成酶(Trehalose-6-phosphate synthase,TPS)基因MdTPS表达量显著下调,该结果也说明家蝇幼虫线粒体功能出现损伤。综上所述,我们认为高糖摄入会导致家蝇幼虫糖脂代谢紊乱,诱发氧化应激反应,进而破坏线粒体功能,发生能量代谢障碍,从而导致生长发育延滞、存活率下降等机体损伤现象。