高铁日粮对小鼠肝脏糖代谢影响的研究

摘要

葡萄糖作为机体的基础能量物质，参与机体众多生命过程，其水平会影响猪群健康以及猪肉品质。而肝脏作为产生内源性葡萄糖的主要器官，通过调控其自身葡萄糖的摄取及输出，影响机体糖代谢以及血糖水平。同时，肝脏在调控机体铁代谢方面具有重要作用。因此，本试验聚焦糖铁代谢枢纽—肝脏组织，通过建立小鼠肝脏高铁模型，探究高铁对糖代谢的影响，为通过铁营养水平调控猪群糖代谢进而提高猪群健康状态、猪肉品质提供理论依据。
　　试验一:高铁对小鼠肝脏糖代谢的影响
　　本试验以8周龄C57BL/6J小鼠为研究对象，通过饲喂高铁日粮以及常规日粮9周，比较了高铁对小鼠肝脏铁沉积以及铁摄取的影响。结果显示:饲喂高铁日粮①小鼠肝脏铁沉积水平提高3.5倍(p＜0.001);②小鼠肝脏组织铁贮存基因FtH的表达水平提高0.95倍(p＜0.01)，上述结果表明小鼠肝脏高铁模型建立成功。
　　接下来探讨了高铁对小鼠机体糖代谢的影响。结果显示:饲喂高铁日粮①小鼠表现为瘦小，体重减少;②显著改善小鼠葡萄糖耐量(p＜0.001);③提高小鼠胰岛素敏感性(p＜0.001);④下调小鼠丙酮酸耐量(p＜0.05)，上述结果表明高铁可以提高机体对血糖的利用，提高组织胰岛素敏感性，下调机体糖异生水平。
　　进一步地，以肝脏组织为研究对象，探究了高铁对肝脏组织糖代谢的影响，并初步探讨了铁调控糖代谢的可能机制。结果显示:饲喂高铁日粮①肝脏组织糖输出相关基因G6PC在mRNA以及蛋白水平上的表达分别下降3.9倍，0.4倍(p＜0.01)，对PCK无显著影响(p＞0.05)，但仍有下降趋势;②肝脏葡萄糖摄取相关基因GLUT2的表达提高1.1倍(p＜0.01);③肝脏糖原沉积水平增加0.6倍(p＜0.01);④糖代谢相关基因的转录共激活因子PGC-1α的表达下降3.1倍(p＜0.001)，AMPK的活性下降0.6倍(p＜0.01)。
　　以上结果表明:高铁会增强肝脏组织的糖摄取水平，增加肝脏的糖原沉积水平，下调肝脏组织的糖异生水平，同时这种糖代谢的改变是由转录共激活因子PGC-1α以及AMPK活性介导的。据此推测高铁有潜在的降血糖作用。
　　试验二:铁对大鼠肝脏细胞BRL-3A糖代谢的影响
　　试验一已经证明高铁对小鼠以及小鼠肝脏组织糖代谢能够产生影响。为了进一步确定铁是否直接影响肝脏糖代谢，排除机体其他因素对糖代谢的干扰，我们开展了细胞试验。
　　本次试验以大鼠肝脏细胞BRL-3A为研究对象，采用0，20，250μM的FeSO4处理12h以及24h，比较了不同处理间的细胞铁沉积水平，结果表明:20，250μMFeSO4处理12h以及24h，细胞铁沉积水平均高于相应baseline组（即0组），以上结果表明:BRL-3A细胞高铁模型成功建立。
　　接下来利用荧光标记葡萄糖类似物2-NBDG检测BRL-3A细胞葡萄糖摄取情况，结果表明:250μMFeSO4处理12h以及20，250μMFeSO4处理24h后，细胞糖摄取水平均显著高于相应basline组，表明高铁会增强BRL-3A细胞糖摄取能力，同时细胞的糖摄取能力呈现铁浓度依赖性以及时间依赖性。有趣的是，20μM FeSO4处理12h组糖摄取水平较12h baseline组没有发生改变(p＞0.05)，但此时细胞高铁模型已经建立，说明铁对BRL-3A细胞铁代谢的改变是先于糖代谢的。
　　此外，利用Western-Blot以及Immunofluorescence技术检测糖异生关键基因G6PC、PCK的表达，结果表明:①250μM FeSO4处理12h，24h时G6PC表达水平较baseline组下降0.5倍，0.6倍(p＜0.01;p＜0.05)同时，PCK表达水平下降1倍，1.6倍(p＜0.05;p＜0.01);②20μMFeSO4处理24h时PCK表达水平较baseline组下降0.5倍(p＜0.05);③PCK以及G6PC基因的表达呈现时间节律性。
　　进一步地，通过检测转录共激活因子PGC-1α以及AMPK活性探究高铁影响肝脏糖代谢的可能机制，结果表明:①在250μMFeSO4处理12h时，AMPK活性显著低于baseline组(p＜0.01)，FeSO4处理时间超过12h后，AMPK活性较baseline组无显著差异(p＞0.05);②在FeSO4处理时间超过12h后，PGC-1α表达水平较baseline组显著下降，而在处理时间低于12h时，FeSO4处理组PGC-1α表达水平较baseline组无显著差异。以上结果表明:AMPK在铁处理早期对糖异生水平起主导作用，PGC-1α在铁处理后期对糖代谢水平以及糖异生生物节律的调控起主导作用。
　　综上所述，高铁会增强小鼠肝脏组织糖摄取水平、糖原沉积水平，下调糖异生水平。此外，高铁会引起大鼠肝脏细胞BRL-3A糖摄取能力的增强，并引起BRL-3A细胞糖异生水平节律性下降。同时肝脏糖代谢的改变是通过下调AMPK活性和PGC-1α的表达实现的。

目录

声明

论文说明

致谢

摘要

缩略词表

第一章 引言

1．机体铁代谢

1．1 铁摄取

1．2 肠道铁吸收

1．3 铁的贮存及生物利用

1．4 铁转运

1．5 铁的再循环

1．6 铁稳态的调控

2．铁与相关疾病

2．1 缺铁性贫血

2．2 血色素沉着病

2．3 铁与神经性疾病

2．4 铁与感染

2．5 癌症

2．6 其他疾病

3．糖代谢

3．1 葡萄糖摄取

3．2 机体葡萄糖利用、贮存和输出

3．3 葡萄糖代谢调控

4．糖代谢紊乱疾病

4．2 Ⅱ型糖尿病

4．3 妊娠糖尿病

4．4 其他疾病

5．糖代谢紊乱与生猪养殖

5．1 糖代谢紊乱与生猪健康养殖

5．2 糖代谢紊乱与猪肉品质

6．铁与糖代谢紊乱

5．1 铁沉积与糖代谢紊乱

5．2 缺铁与糖代谢紊乱

7．本研究的目的意义与主要内容

第二章 高铁对小鼠肝脏糖代谢的影响

1．材料与方法

1．1 试验设计

1．2 样品的采集与制备

1．3 试验材料

1．4 试验方法

1．5 数据处理与分析

2．试验结果

2．1 饲料铁对小鼠体重及采食量的影响

2．2 饲料铁对小鼠血液相关指标的影响

2．3 小鼠高铁模型建立

2．4 肝脏糖原沉积水平

2．5 饲料铁对小鼠葡萄糖耐量的影响

2．6 饲料铁对小鼠胰岛素耐量的影响

2．7 饲料铁对小鼠丙酮酸耐量的影响

2．8 饲料铁对小鼠糖代谢相关基因表达水平的影响

2．9 饲料铁影响小鼠糖代谢的可能机制探讨

3．讨论

3．1 饲料铁对小鼠肝脏糖代谢的影响

3．2 饲料铁改变糖代谢水平的可能机制探讨

第三章 高铁对大鼠肝细胞BRL-3A糖代谢的影响

1．试验材料与方法

1．1 试验材料及试剂配制

1．2 试验仪器

1．3 试验方法

1．4 数据统计

2．试验结果

2．1 细胞高铁模型构建

2．2 细胞葡萄糖摄取水平检测

2．3 细胞糖异生水平检测

2．4 铁调节细胞糖代谢的可能机制探讨

3．讨论

3．2 FeSO4影响小鼠肝脏细胞BRL-3A糖代谢的可能机制

第四章 小结、创新点与研究展望

参考文献

作者简历及在学期间所获得的科研成果