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锌影响大鼠生长发育及其与降钙素基因相关肽调控摄食的机理研究

井明艳

   锌(Zn)是动物必需的一种微量元素,尽管国内外对锌的生物学功能进行了大量研究,但其分子机理尚未完全阐明,尤其是锌调控动物摄食的作用途径。本文系统研究了缺锌、正常锌和高锌对SD大鼠采食、生长发育、相关代谢及垂体基因表达谱的影响,并在发现缺锌使大鼠采食量大幅度下降和降钙素基因相关肽(CGRP) mRNA水平上调的基础上,进一步探讨了锌和CGRP二者在调控摄食方面的作用机理。主要研究内容和结果如下: 1锌对SD大鼠采食、生长发育、相关代谢及垂体基因表达谱的影响 选用25日龄体重为(95±5)g的雄性SD大鼠240只,经3天适应性喂养后随机分为3组,分别饲喂缺锌日粮即缺锌组(3.15 mg/kg,60只)、正常锌日粮即正常锌组(35.94 mg/kg,120只,对照组)和高锌日粮即高锌组(347.50 mg/kg,60只),于屏障系统中饲养6周,分别记录每周的采食量和体重。结果表明,①饲喂缺锌日粮的大鼠表现出精神萎靡、活动量少、食欲不振、毛发稀疏无光泽和脱毛等症状,且体格明显瘦小;而饲喂正常锌和高锌日粮的大鼠在精神状况和采食行为等方面均表现良好。②与正常锌组相比,缺锌组大鼠的采食量、体重、器官重量、锌水平、碱性磷酸酶(ALP)活性、铜锌超氧化物岐化酶(Cu-Zn SOD)活性以及淀粉酶活性均显著(P<0.05)降低,金属硫蛋白(MT)含量显著(P<0.05)升高,而丙二醛(MDA)含量、总蛋白水解酶以及脂肪酶活性均无明显变化(P>0.05);高锌组大鼠的体重、器官重量、锌水平、ALP活性以及MT含量均显著(P<0.05)提高,脂肪酶活性显著(P<0.05)下降,而采食量、MDA含量、Cu-Zn SOD、总蛋白水解酶和淀粉酶活性差异均不显著(P>0.05)。 通过对表达谱基因芯片中差异表达基因聚类和功能分析发现,缺锌和高锌均可调控垂体内诸多功能基因的表达,其产物与DNA复制与转录、核酸加工修复、营养物质代谢、摄食、信号转导、离子转运、应激与免疫和抗氧化等多种生理反应和生化代谢相关。在与摄食相关神经肽基因表达方面,发现缺锌可下调神经肽Y (NPY) mRNA水平,而上调胆囊收缩素(CCK)和降钙素基因相关肽(CGRP) mRNA水平;高锌则可上调黑素色浓缩素(MCH)和生长激素释放肽(ghrelin) mRNA水平。 2锌和CGRP调控SD大鼠摄食的作用机理研究 以注射氯化锂(LiCl)作为不良反应的阳性对照,研究SD大鼠对腹腔注射锌和CGRP的适应性反应,以确定不会引起大鼠“身体不适”的锌和CGRP的注射剂量。通过饲喂缺锌(3.30 mg/kg)和正常锌(38.89 mg/kg)日粮建立了2种内源锌水平不同的SD大鼠模型。在此基础上设定3个因子,分别为注射锌(A因子):设4个水平,其单位活体重注射浓度分别为0、0.5μg/g、1.0μg/g和2.0μg/g,以A(0)、A(0.5)、A(1.0)和A(2.0)表示;注射CGRP(B因子):设2个水平,其浓度分别为0和0.05μg/g,以B(0)和B(0.05)表示;锌模型(C因子):分别为正常锌和缺锌,以C(正常锌)和C(缺锌)表示,采用3因子(4x2x2)有重复试验设计,研究注射锌、注射CGRP和锌模型对SD大鼠采食量和胃肠道消化机能、生化代谢、神经内分泌以及与摄食相关信号转导途径和神经肽基因表达的影响,并分析了各个指标及其与采食量之间的相关性。主要结果如下: 2.1大鼠对腹腔注射锌和CGRP的适应性反应 与纯净水消耗量相比,注射150μg/g LiCl的大鼠对0.1%糖精水的消耗量显著下降(28.55%,P<0.05);而注射1.0μg/g锌、2.0μg/g锌和0.05μg/g CGRP的大鼠对0.1%糖精水的消耗量同注射生理盐水组均无显著差异(P>0.05),表明该注射剂量之下的锌和CGRP均不会使动物产生不良反应或“身体不适”,从而排除了因不良反应而影响采食量的可能性。 2.2缺锌和正常锌大鼠模型(C因子)的建立 饲喂缺锌日粮的大鼠表现出精神萎靡、活动量减少、食欲不振、对周围环境变化敏感、容易受到惊吓和毛发紊乱无光泽等症状,个体明显瘦小,且血清、股骨和骨骼肌锌水平较饲喂正常锌日粮的大鼠分别降低26.58%(P<0.01)、27.32%(P<0.01)和24.22%(P<0.05);而饲喂正常锌日粮的大鼠在精神状况、摄食行为等方面均表现正常,表明已成功建立了缺锌即C(缺锌)和正常锌即C(正常锌)2种大鼠模型。 2.3注射锌(A因子)的效应 与对照不注射锌即A(0)组相比,①注射0.5μg/g、1.0μg/g和2.0μg/g锌即A(0.5)、A(1.0)和A(2.0)组大鼠的采食量无显著变化(P>0.05);②A(0.5)、A(1.0)和A(2.0)组的胃蛋白酶活性显著(P<0.05)升高,而十二指肠消化酶包括总蛋白水解酶、淀粉酶和脂肪酶活性均无明显差异(P>0.05);③A(0.5)、A(1.0)和A(2.0)组的血糖(Glu)水平无明显变化(P>0.05),而甘油三酯(TG)水平均显著(P<0.05)降低;④A(0.5)组的CGRP、神经肽Y(NPY)、瘦素、胃泌素、胰岛素、胰高血糖素、T3和T4水平均无明显变化(P>O.05);A(1.0)组的NPY水平显著(P<0.05)上升,而胰岛素水平显著(P<0.05)下降;A(2.0)组的CGRP、NPY和胃泌素水平显著(P<0.05)升高,而胰岛素和胰高血糖素水平显著(P<0.05)下降;⑤A(0.5)、A(1.0)和A(2.0)组的MCH mRNA水平和A(2.0)组的NPY mRNA水平均显著(P<0.05)提高,而CGRP和CCK mRNA水平在各组中差异均不显著(P>0.05);⑥A(0.5)和A(1.0)组的cAMP水平均显著(P<0.05)降低,而A(2.0)组无明显变化(P>0.05)。 2.4注射CGRP (B因子)的效应 与对照不注射CGRP即B(0)组相比,注射0.05μg/g CGRP即B(0.05)组大鼠的采食量显著(P<0.05)下降;CGRP(包括mRNA和多肽)、胰高血糖素、cAMP和CCK mRNA水平均显著(P<0.05)提高,胃蛋白酶和淀粉酶活性以及血糖、胃泌素、胰岛素、NPY(包括mRNA和多肽)和MCH mRNA水平均显著(P<0.05)下降,而总蛋白水解酶和脂肪酶活性以及甘油三酯、瘦素、T3和T4水平均无明显变化(P>0.05)。 2.5锌模型(C因子)的效应 与对照C(正常锌)组相比,C(缺锌)组大鼠的采食量显著(P<0.05)下降;CGRP(包括mRNA和多肽)、NPY(包括mRNA和多肽)、CCK mRNA和cAMP水平均显著(P<0.05)升高,胃蛋白酶和淀粉酶活性以及血糖、甘油三酯、瘦素、胃泌素、胰岛素、T3和T4水平均显著(P<0.05)下降,而总蛋白水解酶活性以及胰高血糖素和MCH mRNA水平均无显著变化(P>0.05)。 2.6相关性分析 ①指标与采食量间的相关性:CGRP mRNA、CGRP多肽、CCK mRNA、cAMP和胰高血糖素水平与采食量均呈明显负相关,相关系数(r)分别为-0.383(P<0.01)、-0.531(P<0.01)、-0.471(P<0.01)、-0.309(P<0.05)和-0.331(P<0.05);MCH mRNA、T3和T4水平以及胃蛋白酶和淀粉酶活性与采食量均呈明显正相关,r分别为0.467(P<0.01)、0.439(P<0.01)、0.399(P<0.01)、0.320(P<0.01)和0.266(P<0.05)。②指标间呈正相关性:CGRP mRNA-CCK mRNA(r=0.368, P<0.01)、CGRP mRNA-cAMP(r=0.304,P<0.05)、CGRP多肽-CCK mRNA(r =0.365,P<0.05)、CGRP多肽-cAMP(r=0.377,P<0.05)、CGRP多肽-胰高血糖素(r=0.563,P<0.01)、胃泌素-胃蛋白酶(r=0.392,P<0.01)、胃泌素-淀粉酶(r=0.501,P<0.01)、胰岛素-瘦素(r=0.292,P<0.05)、胰岛素-TG(r=0.333,P<0.05)、瘦素-TG(r=0.289,P<0.05)。③指标间呈负相关性:CGRP多肽-胰岛素(r=-0.362,P<0.05)、CGRP多肽-MCH mRNA(r=-0.500,P<0.01)、CGRP多肽-胃泌素(r=-0.290,P<0.05)、CGRP多肽-淀粉酶(r=-0.411,P<0.01)、cAMP-T3(r=-0.387,P<0.01)、cAMP-T4(r=-0.333,P<0.05)、胰高血糖素-MCHmRNA(r=-0.597,P<0.01)。……   
[关键词]:;降钙素基因相关肽(CGRP);生长发育;摄食;SD大鼠;机理
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2007年