不同氧浓度下甘肃鼢鼠骨骼肌中脂类和糖类代谢相关基因的表达研究

论文摘要

甘肃鼢鼠（Eospalax cansus）隶属于鼹形鼠科,鼢鼠亚科,凸颅鼢鼠属。甘肃鼢鼠营地下低氧和高二氧化碳的黑暗洞道生活,其洞穴呈封闭状态,是典型的地下鼠。为了应对低氧高耗能的生存环境,地下鼠形成了独特的形态结构和生理机制。甘肃鼢鼠在我国分布范围广泛,是研究低氧适应进化的理想模式动物。甘肃鼢鼠前后足相关的肌肉强大而有力,适于地下掘土活动。骨骼肌的糖代谢和脂代谢为肌肉活动提供能量来源。生物体内糖酵解多为葡萄糖驱动的糖酵解,磷酸果糖激酶（PFK）是葡萄糖酵解的关键限速酶。而果糖驱动的糖酵解代谢无需经过PFK这一主要限速步骤,因此,果糖酵解的步骤少于葡萄糖,可快速为机体供能。经证实,甘肃鼢鼠在6.5%O2浓度6 h处理下,肝组织可以利用果糖进行糖酵解为机体提供能量。与小鼠相比,同为地下鼠的裸鼹鼠（Heterocephalus glaber）血清中具有较高的高密度脂蛋白（HDL）、低密度脂蛋白（LDL）、总胆固醇（TC）。低氧运动可促进人和动物脂肪酸氧化,为机体提供更多的能量。由此推测,甘肃鼢鼠在长期低氧进化适应中,其血脂水平和能量代谢方式可能与地面鼠有所差异。本研究采用生化与分子生物学、生物信息学和组织学方法,对不同氧浓度下甘肃鼢鼠骨骼肌中脂类和糖类代谢相关基因的表达进行研究。本研究设置21%O2浓度,6.5%O2浓度6 h、10.5%O2浓度44 h及10.5%O2浓度10 d四种处理组,以SD大鼠为对照。对甘肃鼢鼠骨骼肌进行转录组测序,对注释基因低氧诱导因子HIF-1α,脂质氧化分解关键基因ACAA2、ACC2,脂肪酸合成途径中关键基因ACC1、SCD1,葡萄糖酵解途径中关键基因GLUT1、ALDOA,果糖酵解途径中关键基因GLUT5、ALDOC进行研究。采用qPCR对以上基因mRNA进行定量。采用油红O染色对骨骼肌中脂肪进行定位,并测定甘肃鼢鼠和SD大鼠血清中葡萄糖（GLU）,甘油三酯（TG）,TC,LDL和HDL的含量。主要结果如下:1、甘肃鼢鼠和SD大鼠骨骼肌HIF-1α mRNA表达量,6.5%O2浓度6 h时显著高于21%O2浓度,说明在6.5%O2浓度下甘肃鼢鼠和SD大鼠均会感受到低氧刺激信号,而长时间处理后（10.5%O2浓度10d）应答减弱。2、在21%O2浓度下,甘肃鼢鼠血清中TC,HDL与LDL均高于SD大鼠,而TG低于SD大鼠。3、长时间低氧暴露（10.5%O2浓度10 d）,甘肃鼢鼠ACAA2 mRNA表达量极显著高于SD大鼠的表达量,甘肃鼢鼠ACC2 mRNA表达量显著高于6.5%O2浓度6h时表达量,而SD大鼠不同处理间无显著差异。推测甘肃鼢鼠长期低氧的生活环境下,脂质氧化能力可能强于SD大鼠。4、长时间低氧暴露（10.5%02浓度10 d）,甘肃鼢鼠ACC1和SCD1 mRNA表达量极显著高于SD大鼠的表达量。推测甘肃鼢鼠在长时间低氧暴露下,脂肪酸合成水平也可能高于SD大鼠。用油红O染色对骨骼肌中脂肪进行定位,可知甘肃鼢鼠和SD大鼠骨骼肌上均无脂质积累。5、三种低氧暴露后,甘肃鼢鼠和SD大鼠血清中GLU含量较21%02浓度出现上升趋势,且SD大鼠GLU含量始终高于甘肃鼢鼠。短时间低氧暴露组（6.5%O2浓度6 h和10.5%02浓度44 h）,甘肃鼢鼠和SD大鼠GLUT1 mRNA表达量均显著上调;甘肃鼢鼠ALDOA含量无显著性差异,而SD大鼠均显著高于21%02浓度表达量。可推测短时间低氧暴露下,甘肃鼢鼠和SD大鼠的葡萄糖酵解水平均上调,甘肃鼢鼠葡萄糖酵解水平可能低于SD大鼠糖酵解水平。6、短时间急性低氧暴露（6.5%02浓度6h）,甘肃鼢鼠和SD大鼠GLUT5和ALDOC的表达量均显著高于21%02浓度表达量,推测6.5%02急性低氧暴露下,甘肃鼢鼠和SD大鼠均上调果糖代谢。长时间低氧暴露（10.5%02浓度10 d）,甘肃鼢鼠GZUT5和ALDOC表达量并未显著高于21%02浓度,SD大鼠GLUT5和ALDOC表达量均显著高于21%02浓度。可推测甘肃鼢鼠果糖酵解仅在6.5%02急性低氧组具较高水平,SD大鼠骨骼肌果糖酵解在6.5%O2急性低氧与长时间低氧暴露组（10.5%O2浓度10d）均处于较高水平。本研究结果表明,急性低氧处理（6.5%02浓度6 h）,引起甘肃鼢鼠和SD大鼠骨骼肌中HIF-1α低氧诱导信号的应答,HIF-1α通过上调下游靶基因调节糖酵解酶,促进骨骼肌葡萄糖驱动糖酵解和果糖驱动糖酵解。SD大鼠果糖驱动糖酵解不仅在6.5%02浓度6h处理下显著性提高,而且在10.5%O2浓度长时间（10天）低氧处理同样具有高水平的代谢。长时间低氧暴露组（10.5%02浓度10 d）,相较于SD大鼠,甘肃鼢鼠可能更有效地利用脂质氧化分解所释放的能量。同时,甘肃鼢鼠脂肪酸合成水平可能也高于SD大鼠。综上所述,甘肃鼢鼠在急性低氧处理组（6.5%02浓度6 h）具有较高水平的葡萄糖酵解和果糖酵解,长时间低氧暴露（10 d）脂代谢水平与SD大鼠相比处于较高水平。甘肃鼢鼠异于地面鼠的基因表达量可能引起的能量利用方式和代谢水平可能与其长期低氧高耗能进化适应有关。

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摘要

Abstract

第1章前言

1.1 地下鼠

1.1.1 地下鼠概述

1.1.2 地下鼠低氧适应研究现状

1.2 甘肃鼢鼠

1.3 低氧下骨骼肌脂代谢概述

1.4 葡萄糖驱动的糖酵解概述

1.5 果糖驱动的糖酵解概述

1.6 转录组测序

1.7 生物信息学简述

1.8 研究内容和意义

第2章甘肃鼢鼠骨骼肌转录组测序及数据分析

2.1 研究材料

2.1.1 实验动物

2.1.2 实验设备及耗材

2.1.3 实验试剂

2.2 研究方法

2.2.1 骨骼肌总RNA的提取

2.2.2 骨骼肌总RNA质量检测

2.2.3 甘肃鼢鼠骨骼肌转录组文库构建及测序

2.3 结果与分析

2.3.1 甘肃鼢鼠骨骼肌总RNA提取结果

2.3.2 Illumina测序与拼接分析

2.3.3 Unigene功能注释

2.3.4 差异表达基因

2.3.5 差异表达基因功能注释和富集分析

2.4 讨论

第3章低氧条件下甘肃鼢鼠骨骼肌脂代谢基础指标的测定及相关基因的研究

3.1 研究材料

3.1.1 实验动物

3.1.2 实验设备及耗材

3.1.3 实验试剂

3.2 研究方法

3.2.1 血清中血脂四项的测定

3.2.2 骨骼肌冰冻切片的制作及油红O染色方法

3.2.3 实时定量

3.3 结果与分析

3.2.1 模板及引物专一性检测

3.2.2 实时定量

3.2.3 血脂四项测定结果

3.2.4 骨骼肌脂滴定位检测

3.2.5 脂代谢关键基因的表达研究

3.4 讨论

3.4.1 甘肃鼢鼠血清中血脂水平

3.4.2 骨骼肌细胞无明显脂滴积累

3.4.3 脂代谢基因的表达水平

第4章低氧条件下甘肃鼢鼠骨骼肌血糖测定及糖代谢相关基因的研究

4.1 研究材料

4.1.1 实验动物

4.1.2 实验设备及耗材

4.1.3 实验试剂

4.2 研究方法

4.2.1 血清中葡萄糖的测定

4.2.2 实时定量

4.3 结果与分析

4.3.1 模板及引物专一性检测

4.3.2 实时定量

4.3.3 葡萄糖的测定结果

4.3.4 骨骼肌低氧诱导因子HIF-1α mRNA的表达研究

4.3.5 葡萄糖驱动的糖酵解关键基因的表达研究

4.3.6 果糖驱动的糖酵解关键基因的表达研究

4.4 讨论

第5章总结及展望

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙晓琦

导师: 李金钢

关键词: 甘肃鼢鼠,低氧,脂代谢,糖酵解,转录组测序

来源: 陕西师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 陕西师范大学

分类号: Q44

DOI: 10.27292/d.cnki.gsxfu.2019.001265

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不同氧浓度下甘肃鼢鼠骨骼肌中脂类和糖类代谢相关基因的表达研究

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