Keap1/Nrf2通路激活导致高脂饮食小鼠肝脏糖异生和脂肪生成程序受抑制。

Keap1/Nrf2 pathway activation leads to a repressed hepatic gluconeogenic and lipogenic program in mice on a high-fat diet.

作者信息Stephen L Slocum, John J Skoko, Nobunao Wakabayashi, Susan Aja, Masayuki Yamamoto, Thomas W Kensler, Dionysios V Chartoumpekis
PMID26701603
发布时间2016-02
DOI10.1016/j.abb.2015.11.040

实验完整度

包含体内小鼠模型、原代肝细胞培养和分子机制验证(AMPK通路),并检测糖异生和脂肪生成相关基因及蛋白表达,证据层级独立。

主要模型

Keap1-hypo小鼠(高脂饮食模型) 原代肝细胞培养(Keap1-hypo肝细胞)

重点核对

Keap1-hypo小鼠:Keap1等位基因亚效突变,Nrf2通路激活 高脂饮食(HFD)处理90天,对照组为标准饮食(StD) 原代肝细胞培养:胶原酶灌注分离,基础态和诱导态(地塞米松+8-Br-cAMP)葡萄糖生成 AMPK信号通路检测:p-Ampkα-Thr172、p-Ampkβ1-Ser108、p-Torc2-Ser171 糖异生和脂肪生成酶表达:Pepck、G6pase、Fasn的mRNA和蛋白水平

摘要

Keap1/Nrf2通路已知调控一系列细胞保护和抗氧化基因的表达,已在肥胖和2型糖尿病(以慢性氧化应激为特征的疾病)的背景下进行了研究。然而,越来越多的证据表明,转录因子Nrf2可以与不直接与细胞保护相关的通路发生交叉对话。我们当前的工作聚焦于Nrf2对肝脏糖异生和脂肪生成的影响,这两种代谢过程在肥胖/糖尿病状态下失调。为此,使用了Nrf2通路激活的遗传小鼠模型(Keap1-hypo;两个Keap1等位基因均为亚效等位基因),并给予3个月的高脂饮食,同时设置相关的野生型对照小鼠。与野生型小鼠相比,Keap1-hypo小鼠部分免受肥胖影响,空腹血糖和胰岛素水平较低,肝脏脂肪变性程度较轻。与AMPK信号传导激活相伴,Keap1-hypo小鼠肝脏中关键的糖异生和脂肪生成酶受到抑制。原代Keap1-hypo肝细胞培养物也显示AMPK信号传导增强,葡萄糖生成减少。总之,肝脏中Keap1/Nrf2信号传导增强伴随着糖异生和脂肪生成的抑制,这至少可以部分解释Keap1-hypo小鼠糖尿病表型的改善。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
Nrf2通路激活对小鼠肝脏糖异生和脂肪生成的影响及其潜在机制。
核心机制
Nrf2通路激活增强AMPK信号传导,导致Torc2磷酸化增加,抑制CREB介导的糖异生基因转录,同时通过磷酸化Acc1抑制脂肪生成,并下调Fasn和Acc1表达。
主要证据
Keap1-hypo小鼠在HFD下表现出较低的血糖和肝脂肪变性,原代肝细胞葡萄糖生成减少,AMPK信号增强(p-Ampkα、p-Ampkβ1、p-Torc2),糖异生和脂肪生成酶表达降低。
研究意义
该研究提出Nrf2作为肝脏糖异生和脂肪生成的潜在抑制因子,可能对肥胖和2型糖尿病的预防具有转化意义。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

动物模型建立与代谢表型分析

验证Nrf2通路激活对高脂饮食诱导的肥胖和糖尿病表型的影响。

将WT和Keap1-hypo小鼠分别喂食标准饮食或高脂饮食90天,测量体重、空腹血糖、胰岛素水平、肝脏脂质积累,并进行葡萄糖耐量和胰岛素耐量测试。

2

肝脏糖异生和脂肪生成酶表达检测

检测Nrf2通路激活对肝脏糖异生和脂肪生成关键酶表达的影响。

通过qRT-PCR和Western blot检测肝脏中Pepck、G6pase和Fasn的mRNA及蛋白水平。

3

原代肝细胞葡萄糖生成实验

验证Nrf2通路激活对肝细胞葡萄糖生成能力的影响。

分离WT和Keap1-hypo小鼠原代肝细胞,在基础态和诱导态(地塞米松+8-Br-cAMP)下培养,测量培养基中葡萄糖浓度。

4

AMPK信号通路验证

探究Nrf2通路激活对AMPK信号通路的影响及其与糖异生和脂肪生成抑制的关系。

通过Western blot检测肝脏和原代肝细胞中p-Ampkα-Thr172、p-Ampkβ1-Ser108、p-Torc2-Ser171和p-Acc1-Ser79的水平。

5

体内胰岛素信号和能量代谢评估

评估Keap1-hypo小鼠胰岛素信号和能量消耗是否改变。

通过门静脉注射胰岛素后检测肝脏Akt磷酸化,并使用间接测热法测量能量消耗和呼吸交换率。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
标准饮食D-12450BResearch DietsD-12450B
高脂饮食D-12492Research DietsD-12492
胰岛素ELISA试剂盒Mercodia--
甘油三酯检测试剂盒Cayman Chemical--
胆固醇检测试剂盒Cayman Chemical--
NEFA-HR试剂盒Wako Chemicals--
胶原酶ARoche--
磷酸化Akt (Ser473)抗体Cell Signaling4060
磷酸化Akt (Thr308)抗体Cell Signaling2965
总Akt抗体Cell Signaling4691
磷酸化AMPKα (Thr172)抗体Cell Signaling2535
AMPKα抗体Cell Signaling2603
磷酸化AMPKβ1 (Ser108)抗体Cell Signaling4181
AMPKβ1/2抗体Cell Signaling4150
磷酸化Torc2 (Ser171)抗体BiossBS-3415R
磷酸化ACC (Ser79)抗体Cell Signaling3661
ACC抗体Cell Signaling3676
GAPDH抗体Novus BiologicalsNB300-221
NQO1抗体AbcamAb80588
Nrf2抗体Ken Itoh--
PEPCK抗体Santa Cruz Biotechnologysc-74823
FASN抗体Santa Cruz Biotechnologysc-48357
Trizol试剂Life Technologies--
RNeasy试剂盒Qiagen--
qScript系统Quanta BioSciences--
iQ SYBR green预混液Biorad--
iCycler-MyIQ实时PCR仪Biorad--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型与饮食
小鼠品系(C57BL6J WT,Keap1-hypo),性别(雄性),年龄(2月龄),饮食类型(StD和HFD),饮食持续时间(90天),饮食成分(10%和60%脂肪),饲养环境(12小时光暗循环)
阅读提示:Methods 2.1 Mice
代谢表型分析
空腹血糖、胰岛素、甘油三酯、胆固醇、NEFA等测量方法,葡萄糖耐量试验(1 g/kg葡萄糖腹腔注射),胰岛素耐量试验(0.75 U/kg胰岛素腹腔注射)
阅读提示:Methods 2.4 Measurements of metabolites, 2.3 Evaluation of insulin sensitivity
原代肝细胞培养和葡萄糖生成
肝细胞分离方法(EGTA、胶原酶A),培养条件(胶原包被板,细胞密度600,000/孔),基础态和诱导态培养基成分,葡萄糖生成测定时间(200分钟)
阅读提示:Methods 2.5 Primary hepatocyte culture and in vitro gluconeogenesis
AMPK信号通路检测
Western blot抗体和稀释比例,蛋白提取方法,肝脏或细胞裂解液制备
阅读提示:Methods 2.6 Protein preparation and immunoblot analyses, Table 1
体内胰岛素信号
门静脉注射胰岛素剂量(10 IU/kg),注射时间点,肝活检时间点(注射前后5分钟)
阅读提示:Methods 2.3 Evaluation of insulin sensitivity, Figure 5A