高脂饮食致C57BL/6J小鼠脂肪组织中胰岛素受体底物蛋白1异常磷酸化的分子机制

摘要

目的:通过体内实验探讨高脂饮食(high fat diet,HFD)是否通过干扰哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target ofrapamycin,mTOR)/核糖体蛋白S6激酶(p70 S6 kinase,S6K)信号通路致C57BL/6J小鼠脂肪组织中胰岛素受体底物蛋白1(insulin receptor substrate protein1,IRS1)异常磷酸化。方法:8周龄的雄性C57BL/6J小鼠随机分为普通饮食(chow diet,CD)组、HFD组、HFD+溶媒(vehicle,Veh)组(HFD+Veh)及HFD+雷帕霉素(rapamycin,rapa)组(HFD+rapa),处理14周。ELISA、酶法分别测定血清及组织游离脂肪酸(free fatty acid,FFA)、甘油三酯(triglyceride,TG)含量。葡萄糖耐量及胰岛素耐量实验用于分析机体胰岛素敏感性,判断是否存在胰岛素抵抗。Western blot技术检测胰岛素信号通路及mTOR/S6K信号通路相关蛋白表达水平。结果:HFD喂养14周后,小鼠体质量(CD组vs.HFD组:t=-4.370,P=0.007)及脂肪体质量比(CD组vs.HFD组:t=-4.441,P=0.004)明显增加,血清和脂肪组织中TG、FFA水平均明显升高(CD组vs.HFD组血清FFA:t=-3.849,P=0.005血清TG:t=-2.768,P=0.039;脂肪组织FFA:t=-6.501,P=0.001;脂肪组织TG:t=-2.838,P=0.03)。与CD组相比,HFD组小鼠脂肪组织中炎症因子肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemotactic protein1,MCP1)蛋白表达明显上调(Western blot定量结果:TNF-α/actin:t=-19.261,P=0.000;MCP1/actin:t=-52.345,P=0.000)。葡萄糖耐量和胰岛素耐量实验显示:HFD组小鼠空腹及葡萄糖负荷30、60、120 min时的血糖水平明显高于CD组(F=17.581,P=0.009);注射胰岛素后血糖水平都有所下降,但HFD组仍较CD组高(F=49.441,P=0.002)。小鼠脂肪组织中胰岛素信号通路及mTOR/S6K信号通路相关蛋白表达结果显示:HFD可增强mTOR、磷酸化mTOR(p-mTOR)、磷酸化S6K(p-S6K)和丝氨酸(serine,Ser)磷酸化的IRS1[p-IRS1(Ser)]蛋白的表达,而降低总IRS1以及酪氨酸(tyrosine,Tyr)磷酸化的IRS1[p-IRS1(Tyr)]水平[Western blot定量结果CD组vs.HFD组:①IRS1/actin:t=28.460,P=0.000;②p-IRS1(Tyr632)/actin:t=30.343,P=0.000;③p-IRS1(Ser270)/actin:t=-16.473,P=0.000;④mTOR/actin:t=-5.067,P=0.007;⑤p-mTOR/actin:t=-13.525,P=0.000;⑥p-S6K/actin:t=-28.701,P=0.000]。Rapa作为mTOR信号通路特异性抑制剂,能明显抑制HFD诱导的p-S6K及p-IRS1(Ser)蛋白表达,并增加IRS1及p-IRS1(Tyr)蛋白水平[HFD+Veh组vs.HFD+rapa组:①IRS1/actin:t=-10.513,P=0.000;②p-IRS1(Tyr632)/actin:t=-19.879,P=0.000;③p-IRS1(Ser270)/actin:t=4.652,P=0.010;④p-mTOR/actin:t=19.306,P=0.000;⑤p-S6K/actin:t=9.393,P=0.001]。结论:HFD状态下,mTOR/S6K信号通路的异常激活可能是导致C57BL/6J小鼠脂肪组织中IRS1异常磷酸化的原因。