异甘草素通过激活棕色脂肪组织改善高脂饮食诱导的小鼠肥胖

Isoliquiritigenin Ameliorates High-Fat Diet-Induced Obesity in Mice by Activating Brown Adipose Tissue.

作者信息Le Zhao, Minhao Li, Qingjun Zhu, Xingqiang Fang, Haili Yang, Yongju Zhao
PMID40004080
发布时间2025-02-14
DOI10.3390/ijms26041616

实验完整度

包含体内动物实验(HFD小鼠模型)和体外细胞实验(C3H10-T1/2细胞)两个层级,并进行了功能验证(体重、基因表达)和机制验证(RNA-seq通路富集)。但缺乏对核心机制的直接干预验证,如NNAT/SGK1的敲低或过表达。

主要模型

C57BL/6小鼠高脂饮食诱导肥胖模型 C3H10-T1/2细胞系(棕色脂肪细胞分化模型)

重点核对

ISL给药剂量:50 mg/kg体重/天,灌胃给药,持续8周 C3H10-T1/2细胞分化培养基成分及ISL处理浓度20 μM RNA-seq差异表达基因筛选阈值(p < 0.05,fold change > 1.5) 关键基因表达验证:UCP1、PPARGC1a、NNAT、SGK1的mRNA和蛋白水平 动物伦理审批号:IACUC-20230227-01

摘要

棕色脂肪组织(BAT)是非颤抖性产热和能量消耗的关键调节因子,为应对肥胖及相关代谢性疾病提供了巨大潜力。异甘草素(ISL)是一种天然黄酮类化合物,在脂质代谢相关疾病中显示出有前景的治疗效果。本研究旨在利用高脂饮食(HFD)诱导的肥胖小鼠模型,探讨ISL对脂质代谢和肥胖的影响。小鼠接受HFD并通过灌胃给予ISL治疗。结果表明,ISL治疗显著减少了HFD引起的体重增加,并上调了关键产热基因的表达,提示BAT活性和产热增强。使用C3H10-T1/2细胞的体外实验进一步支持了这些发现,因为ISL处理显著增加了UCP1和PPARGC1a的表达,它们是产热的关键调节因子。为了阐明ISL作用的分子机制,我们对ISL治疗小鼠的BAT进行了转录组分析。通路富集分析显示,差异表达基因主要与代谢过程相关,包括三羧酸(TCA)循环、氧化磷酸化和脂肪酸降解。这些通路是能量代谢和产热所必需的,为ISL的抗肥胖作用提供了机制见解。此外,ISL治疗显著下调了NNAT和SGK1的表达,这些基因与脂质代谢和能量稳态有关。这些发现表明,ISL通过调节这些基因的表达来调节BAT功能,从而影响脂质沉积和产热能力。总之,本研究表明,ISL治疗有可能通过促进BAT产热和调节脂质代谢来减轻HFD诱导的肥胖。其分子机制涉及关键代谢通路和基因(如NNAT和SGK1)的调节,突出了ISL作为肥胖及相关代谢性疾病治疗剂的潜力。

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
异甘草素是否能通过激活棕色脂肪组织(BAT)来改善高脂饮食诱导的肥胖及其潜在机制?
核心机制
ISL通过上调BAT中产热基因(UCP1、UCP2、PPARGC1a)表达,增强线粒体生物发生和产热,并下调脂质代谢相关基因NNAT和SGK1的表达,从而调节脂质沉积和产热能力。
主要证据
体内实验显示ISL显著降低HFD小鼠体重和脂肪重量,上调BAT中产热基因表达;体外实验证实ISL上调C3H10-T1/2细胞中UCP1和PPARGC1a表达;RNA-seq和GSEA显示TCA循环、氧化磷酸化和脂肪酸降解通路富集,qRT-PCR验证了NNAT和SGK1的下调。
研究意义
ISL可能作为治疗肥胖及相关代谢紊乱的潜在治疗剂,为深入探究其分子机制提供了基础。

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

建立高脂饮食诱导肥胖模型并给予ISL处理

评估ISL对高脂饮食诱导肥胖的影响

六周龄雄性C57BL/6小鼠随机分为两组,全程给予高脂饮食,其中一组每日灌胃ISL(50 mg/kg体重),另一组给予生理盐水作为对照,持续8周。期间记录体重变化,实验结束后取肩胛间BAT称重。

2

组织学分析观察BAT形态

观察ISL对BAT形态和脂滴形态的影响

对BAT组织进行H&E染色,观察脂肪细胞大小和脂滴形态。

3

检测脂肪生成相关基因表达

探究ISL对脂肪生成基因表达的影响

采用qRT-PCR和Western blot检测BAT中脂肪生成相关基因(ADIPOQ、PPARG、C/EBPa等)的mRNA和蛋白水平。

4

检测产热和线粒体生物发生相关基因表达

评估ISL对BAT产热和线粒体生物发生的影响

通过qRT-PCR和Western blot检测BAT中产热基因(UCP1、UCP2、PPARGC1a)的表达,并通过免疫组化检测UCP1蛋白分布。

5

体外验证ISL对棕色脂肪细胞产热的作用

验证ISL在细胞水平上对产热基因表达的促进作用

使用C3H10-T1/2细胞系,在分化培养基中加入ISL,通过CCK-8检测细胞活力,油红O染色观察脂滴,qRT-PCR和Western blot检测产热基因表达。

6

转录组分析揭示分子机制

阐明ISL调节BAT功能的潜在分子机制

对ISL处理和对照小鼠的BAT进行RNA-seq,分析差异表达基因,并进行GO、KEGG、Reactome通路富集分析以及GSEA分析。

7

qRT-PCR验证RNA-seq结果

验证RNA-seq差异表达基因的可靠性

选取6个差异表达基因(NNAT, PBLD1, RARRES2, SGK1, CCDC80, IMPHD1)进行qRT-PCR验证。

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
异甘草素MacklinI811911
DMEM/F12培养基Gibco8123199
胎牛血清GibcoA3161002C
IBMXSigma--
胰岛素Beyotime--
3-异丁基-1-甲基黄嘌呤Sigma--
三碘甲状腺原氨酸Sigma--
罗格列酮Sigma--
地塞米松Sigma--
胎牛血清Gemini--
油红O溶液Sigma--
CCK-8细胞计数试剂盒Beyotime--
专用脂肪固定液ServicebioG1119
UCP1抗体Proteintech--
TRIzol试剂Thermo Fisher Scientific--
All-In-One 5X RT预混液AbmG592
BlasTaq 2X qPCR预混液AbmG891
实时荧光定量PCR仪Bio-Rad--
RIPA裂解液CWBIOCW2333
蛋白酶抑制剂CWBIOCW2200
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime--
PVDF膜----
C/EBPa抗体Proteintech18311-1-AP
FASN抗体Proteintech10624-2-AP
GLUT4抗体Santa Cruz Biotechnologysc-53566
PPARG抗体Proteintech16643-1-AP
FABP4抗体Proteintech12802-1-AP
ATGL抗体Proteintech55190-1-AP
PPARGC1a抗体Proteintech66369-1-Ig
CKB抗体Proteintech15137-1-AP
UCP1抗体Proteintech23673-1-AP
GAPDH抗体Proteintech10494-1-AP
HRP标记的山羊抗小鼠二抗BeyotimeA0216
HRP标记的山羊抗兔二抗BeyotimeA0208
Immobilon Western化学发光HRP底物MilliporeWBKLS0500
蔡司Axio Observer 3显微镜Zeiss--
Illumina测序平台Illumina--

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
动物实验
小鼠品系、性别、年龄;ISL给药剂量(50 mg/kg体重/天)及给药方式(灌胃);处理周期(8周);对照组(生理盐水);饲养环境(12小时光暗循环、50%相对湿度);伦理审批号(IACUC-20230227-01)
阅读提示:Methods 4.1 Animal Experiment
细胞培养与分化
C3H10-T1/2细胞来源;培养基成分(DMEM/F12、10% FBS);分化诱导培养基成分(IBMX、胰岛素、三碘甲状腺原氨酸、罗格列酮、地塞米松)及处理时间;ISL处理浓度(20 μM)
阅读提示:Methods 4.2 C3H10-T1/2 Cells Differentiation and Oil Red O Staining
细胞活力检测
细胞接种密度(未明确说明);CCK-8处理时间(3小时)
阅读提示:Methods 4.3 Cell Viability Assay
组织学分析
BAT固定液(专用脂肪固定液);切片厚度(5 μm);染色方法(H&E)
阅读提示:Methods 4.4 Hematoxylin–Eosin (H&E) Staining
基因表达检测
RNA提取方法(TRIzol);逆转录试剂盒(All-In-One 5X RT MasterMix);qPCR试剂(BlasTaq 2X qPCR MasterMix);内参基因(GAPDH);相对定量方法(2-ΔΔCT)
阅读提示:Methods 4.6 RNA Extraction and Quantitative Real-Time PCR
蛋白表达检测
蛋白提取(RIPA缓冲液);蛋白定量(BCA);上样量(25 μg);SDS-PAGE浓度(12%);转膜(PVDF);封闭(5%脱脂牛奶,1.5小时);一抗及稀释比例;二抗及稀释比例;检测底物(Immobilon Western Chemiluminescent HRP substrate)
阅读提示:Methods 4.7 Western Blotting Analysis
转录组分析
RNA-seq平台(Illumina);差异表达阈值(p<0.05, fold change>1.5);GSEA分析通路(TCA循环、氧化磷酸化、脂肪酸降解)
阅读提示:Methods 4.8 RNA-Seq and Data Analysis