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高脂膳食性氧化应激对钙代谢的影响及其分子机制

肖瀛

   随着生活水平的提高,城乡居民的膳食结构发生了巨大变化,膳食中油脂的比例不断增多。能量摄入的增加,体内能量代谢旺盛,其副产物ROS也随之增加,可诱发机体氧化应激。氧化应激又是许多疾病发病过程中共同的作用机制,如:骨质疏松症等。血脂代谢紊乱人群中骨质疏松的发病率高于正常人群,特别在老年人中骨质疏松症的发病率超过60%。现已发现雌激素缺乏引发氧化应激在骨质疏松发生过程中发挥了重要的作用,但目前未见营养性氧化应激对钙代谢异常作用的研究,也鲜有其分子机制的报道。本文旨在探讨高脂膳食性氧化应激及抗氧化剂硫辛酸干预对钙吸收和骨代谢的影响及其分子机制。 1.氧化还原状态对钙吸收机制的影响 C57BL/6雄性小鼠随机分为四组(每组8只):对照组(2%猪油、0.65% Ca);高脂组(HFD、19.5%猪油、0.7% Ca);硫辛酸干预组(HFD+0.1% LA、0.7% Ca);钙补充组(HFD+CS, 1.6% Ca),饲养9wk。结果显示高脂膳食导致肠钙吸收和骨钙含量减少,且引起十二指肠氧化应激、使氧化还原状态失衡。硫辛酸干预和膳食钙补充对钙吸收和抗氧化能力等可部分或完全恢复至对照组水平。相关性分析表明钙净吸收率与十二指肠ROS水平呈现显著负相关(r = -0.729, P < 0.01),与GSH/GSSG比值呈现显著正相关(r = 0.805, P < 0.01),但与膳食脂肪含量无显著相关(P > 0.05)。此外,HFD组小鼠十二指肠中calbindin-D9K、PMCA (plasma membrance calcium ATPase)、NCX (sodium-calcium exchanger)基因表达分别下调1.9、2.7、1.5倍。而HFD组血浆中钙三醇水平和十二指肠中VDR基因表达水平均显著高于对照水平。以上结果表明高脂膳食引发十二指肠氧化还原状态失衡,抑制钙吸收相关基因的表达,从而抑制肠道钙吸收。 2.高脂膳食性氧化应激对骨代谢的影响 C57BL/6雄性小鼠随机分为三组(每组9只):对照组;高脂组;硫辛酸干预组,饲养13wk,探究高脂膳食是否会引起骨组织氧化应激,以及高脂膳食性氧化应激与异常骨代谢之间的关系。结果显示高脂膳食引发骨组织抗氧化能力受损,氧化损伤指标MDA显著增加,氧化还原状态呈现向氧化态的转变。高脂膳食导致骨代谢异常——抑制骨形成且刺激骨再吸收。此外,HFD组小鼠血浆中IGF-1水平显著低于对照组,而TNF-α水平显著高于对照组。硫辛酸的干预可完全或部分恢复上述指标至对照水平。骨组织中GSH/ GSSG比值与骨形成指标P1CP呈现显著正相关(r = 0.565, P < 0.003),与骨再吸收指标NTx呈现显著负相关(r = -0.786, P < 0.001)。相反,脂质过氧化物指标MDA与P1CP呈现显著负相关(r = -0.687, P < 0.001),与NTx呈现显著正相关(r = 0.516, P < 0.007)。以上结果提示高脂膳食可造成骨组织抗氧化能力减弱、氧化还原状态失衡。骨组织的氧化还原状态失衡可能是发生高脂膳食性骨质疏松重要的作用机制。 3.高脂膳食性骨代谢异常的分子机制 通过分析小鼠股骨(近端)基因表达谱的变化,更全面地阐述髙脂膳食性骨质流失以及抗氧化剂硫辛酸干预作用可能的分子机制。Affymetrix mouse 430A表达芯片数据显示骨形成相关的多数基因表达下调(如:COL1a1、ALP1、FOS),而骨再吸收相关的多数基因表达上调(如:NOX2、RANKL、CTSK等)。另外,参与抗氧化防御的基因表达也呈现下调趋势(除NQO1上调),脂肪合成与脂肪酸氧化相关基因的表达也呈现下调趋势(如:PPARg和APOE等)。而硫辛酸干预可部分恢复骨形成相关基因的表达,而骨再吸收、抗氧化和脂代谢相关多数基因的表达水平与对照组无显著变化。 此外,本研究也分析了涉及信号转导相关基因表达的变化。IGF能刺激成骨细胞增殖和增强骨形成作用,而芯片数据中IGF信号通路中多数基因表达下调(如IGF1、IGF1R、IGFBP4等)。P53负调控成骨细胞分化和骨形成作用,本研究中高脂膳食显著上调P53凋亡通路中多数基因的表达。另外,芯片数据中HFD组的TGFbR1和IL-17等基因表达强烈上调,IL-4表达下调,这些细胞因子可通过改变RANK/RANKL/OPG系统来调控破骨细胞的形成和骨再吸收的过程。上述信号转导的基因表达在硫辛酸干预下呈现恢复至对照水平的趋势。 以上结果表明HFD导致骨组织氧化应激,促进P53表达,可能由此导致成骨细胞凋亡,抑制成骨细胞的骨基质形成作用。而高脂膳食性氧化应激又可促进炎症因子或其受体的表达,RANKL/OPG表达比值增加,促进破骨细胞增殖,增强了骨再吸收的作用。 4.氧化还原状态对成骨细胞基质矿化的影响 通过400μM过氧化氢诱导MC3T3-E1细胞(小鼠成骨样细胞)氧化损伤和硫辛酸的干预,来探讨氧化还原状态对MC3T3-E1细胞基质矿化的作用,并且进一步阐述硫辛酸干预作用的机制。结果表明硫辛酸可有效防止过氧化氢导致MC3T3-E1细胞的氧化损伤,并且干预由氧化应激导致NQO1基因的高表达。NQO1的高表达可增加P53表达的稳定性,可能由此增强P53对成骨细胞凋亡作用,硫辛酸通过维持成骨细胞内氧化还原状态的平衡可防止氧化损伤导致P53凋亡。适宜剂量的硫辛酸(0.1-0.5mM)能显著改善因氧化损伤导致受损的MC3T3-E1细胞基质矿化功能。 综上所述,髙脂膳食性氧化应激导致氧化还原状态失衡是肠道钙吸收减少和骨代谢异常的重要原因。抗氧化剂硫辛酸能有效地干预高脂膳食性氧化应激的发生,改善钙代谢异常。……   
[关键词]:高脂膳食;血脂代谢紊乱症;肠钙吸收;骨代谢;氧化应激;硫辛酸;基因表达谱
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:江南大学2010年