糖脂代谢病的发病机制多重打击学说
糖尿病和代谢紊乱的病理机制
糖尿病和代谢紊乱的病理机制糖尿病与代谢紊乱的病理机制糖尿病是一种代谢性疾病，其病理机制较为复杂。
糖尿病的主要病理特征为高血糖，由于胰岛素缺乏或胰岛素抵抗引起的机体代谢紊乱所致。
因此，在研究糖尿病的病理机制之前，我们需要了解一些基本的代谢过程。
代谢是生命活动的基础，包括饮食物质的摄取、消化、吸收、利用和排泄等一系列过程。
糖尿病是由于机体代谢过程出现了某些异常，导致胰岛素或胰岛素作用不足，造成代谢紊乱。
胰岛素是由胰岛的β细胞分泌的一种内分泌激素，具有降低血糖作用。
胰岛素作用于肝、脂肪和肌肉组织，促进葡萄糖摄取和利用，并抑制脂肪的分解和合成。
当血糖水平升高时，β细胞分泌的胰岛素水平也会随之上升，促进葡萄糖的摄取和利用，从而维持血糖水平的稳定。
然而，在糖尿病患者中，胰岛素分泌不足或胰岛素抵抗发生，即组织对胰岛素的敏感性下降，导致血糖水平持续升高。
胰岛素分泌不足的原因很多，例如胰岛细胞受损或自身免疫等因素。
而胰岛素抵抗的主要原因则是肥胖和缺乏运动。
肥胖是胰岛素抵抗的主要危险因素之一。
肥胖会导致脂质代谢紊乱和慢性炎症，这些因素都会导致胰岛素抵抗。
肥胖患者体内的脂肪细胞数量增加，脂肪细胞分泌的脂肪酸和细胞因子增加，这些物质会干扰胰岛素对组织的作用，从而导致胰岛素抵抗。
除肥胖外，缺乏运动也是胰岛素抵抗的危险因素之一。
运动可以促进葡萄糖的摄取和利用，增加肌肉细胞对胰岛素的敏感性，有助于控制血糖水平。
总体来说，糖尿病的病理机制包括胰岛素分泌不足和胰岛素抵抗。
胰岛素缺乏主要是由于胰岛β细胞功能受损，而胰岛素抵抗则主要是由于肥胖和缺乏运动等因素引起的组织对胰岛素的敏感性下降。
因此，我们需要采取一系列措施，包括控制体重、增加运动量和治疗胰岛素分泌不足等措施，以防止糖尿病的发生和进一步发展。
糖尿病及其并发症的生化机制
专题一糖尿病及其并发症的分子机制1、简述胰岛素缺乏引起糖、脂、蛋白质代谢紊乱的分子机制？胰高血糖素是如何调节糖、脂、蛋白质代谢的？（一）胰岛素缺乏所致的物质代谢紊乱（1）胰岛素缺乏致糖代谢紊乱——血糖↑1.肌肉、脂肪组织GLUT4活性↓，对葡萄糖的摄取↓；PFK-1↓、PyK↓、HK↓、丙酮酸脱氢酶系↓、柠檬酸合酶↓；糖原合酶↓→糖原合成↓===>葡萄糖利用受阻2.糖原磷酸化酶↑、葡糖-6-磷酸酶↑；糖异生过程中的4个关键酶↑===>利于葡萄糖生成（2）胰岛素缺乏致脂类代谢紊乱1.胰岛素↓→糖分解生成乙酰CoA 和甘油-3-磷酸↓===>脂肪合成↓2.胰岛素↓→抗脂解作用↓→脂肪动员↑→FA进入肝内生酮↑→易导致酮血症，甚至酮症酸中毒；脂肪动员↑→FA和甘油进入肝脏→ 合成脂肪→ VLDL合成↑→VLDL释放入血→高VLDL血症===>脂肪动员↑3.胰岛素↓→LPL↓→血浆对CM和 VLDL廓清作用↓;胰岛素↓→TCAC↓→乙酰CoA分解↓→促使其生成胆固醇↑→使血浆胆固醇↑===>高脂蛋白血症(CM↑、VLDL↑、LDL↑)（3）胰岛素缺乏致蛋白质代谢紊乱1.肌肉内蛋白质合成↓，支链氨基酸分解↑→ 造成负氮平衡→ 体重减轻、生长迟缓2.支链氨基酸氧化脱氨↑→丙氨酸生成↑→进入肝脏进行糖异生↑生酮氨基酸（Leu、ILeu）→进入肝内生酮↑(二）胰高血糖素增高对物质代谢的影响1. 胰高血糖素对糖代谢的影响胰高血糖素→（1）诱导糖异生关键酶活性、抑制糖氧化关键酶活性→促进糖异生、抑制糖氧化→血糖↑（2）膜受体→cAMP-PKA途径→糖原磷酸化酶磷酸化而活化、糖原合酶磷酸化而抑制→促进糖原分解、抑制糖原合成→血糖↑2.胰高血糖素对脂代谢的影响胰高血糖素→膜受体→cAMP-PKA途径→激素敏感性、脂肪酶活性↑→脂肪动员→FFA↑→利于进入肝内生酮；同时降低肝内三酰甘油的生成及其释放→血浆三酰甘油水平降低3.胰高血糖素对蛋白质代谢的影响胰高血糖素→作用于肝细胞，使cAMP↑→（1）肝溶酶体释放水解酶→蛋白质分解↑→氨基酸参与糖异生↑（2）肝摄取生糖氨基酸↑→出现低氨基酸血症2、何为胰岛素抵抗？引起胰岛素抵抗的可能原因有哪些？胰岛素抵抗（IR）：是指机体对正常浓度胰岛素的生物反应性降低的现象。
脂质代谢紊乱的发病机理及其调控策略
脂质代谢紊乱的发病机理及其调控策略脂质代谢紊乱是一种常见的代谢性疾病，它指的是体内脂质的合成、分解、转运和储存等过程出现异常，导致血脂水平过高或过低，从而对健康产生不利影响。
了解脂质代谢紊乱的发病机理，并采取有效的调控策略，对于预防和治疗相关疾病具有重要意义。
一、脂质代谢紊乱的发病机理（一）遗传因素遗传因素在脂质代谢紊乱的发生中起着重要作用。
某些基因突变可导致参与脂质代谢的酶或受体功能异常，影响脂质的合成、分解和转运。
例如，家族性高胆固醇血症就是一种由于低密度脂蛋白受体基因突变导致的遗传性疾病，患者血浆胆固醇水平显著升高。
（二）生活方式1、饮食不均衡高胆固醇、高脂肪和高糖的饮食是导致脂质代谢紊乱的重要因素。
过多摄入这些食物会增加体内脂质的合成，同时减少脂质的分解和排泄。
例如，长期大量摄入饱和脂肪酸和反式脂肪酸会升高血液中的低密度脂蛋白胆固醇水平，增加心血管疾病的风险。
2、缺乏运动缺乏体力活动会导致能量消耗减少，使多余的能量以脂肪的形式储存起来，同时也会影响脂质的代谢过程。
运动可以促进肌肉对脂肪酸的摄取和利用，提高高密度脂蛋白胆固醇水平，有助于维持脂质代谢的平衡。
3、吸烟和饮酒吸烟会损害血管内皮细胞，影响脂质的转运和代谢，同时还会增加氧化应激，促进动脉粥样硬化的形成。
过量饮酒会导致肝脏脂肪合成增加，同时降低肝脏对脂质的代谢能力，容易引起脂肪肝和血脂异常。
（三）内分泌失调1、胰岛素抵抗胰岛素是调节脂质代谢的重要激素之一。
当发生胰岛素抵抗时，细胞对胰岛素的敏感性下降，导致葡萄糖利用障碍和脂肪分解增加，进而引起血脂升高。
胰岛素抵抗常见于肥胖、2 型糖尿病和代谢综合征患者。
2、甲状腺功能减退甲状腺激素对脂质代谢有重要的调节作用。
甲状腺功能减退时，甲状腺激素分泌减少，导致基础代谢率降低，脂质合成增加，分解减少，从而引起血脂升高，尤其是胆固醇水平升高。
（四）其他因素1、年龄随着年龄的增长，身体的代谢功能逐渐下降，脂质代谢也会受到影响。
糖代谢脂代谢蛋白质代谢三者之间的联系
糖代谢、脂代谢和蛋白质代谢的联系糖代谢、脂代谢和蛋白质代谢是人体新陈代谢的三个重要方面。
它们之间密切相关，相互影响，共同维持着人体健康和正常功能。
本文将详细介绍糖代谢、脂代谢和蛋白质代谢的基本概念以及它们之间的联系。
1. 糖代谢糖是人体能量的重要来源，也是构成细胞壁等重要物质的基础。
糖主要通过食物摄入进入人体，经过一系列的代谢过程转化为能量。
糖的主要代谢途径包括糖原合成和分解、糖酵解、糖异生等。
1.1 糖原合成和分解糖原是一种多聚体的葡萄糖储备形式，在肝脏和肌肉中储存着。
当血糖浓度较高时，胰岛素会促使肝脏和肌肉中的葡萄糖转化为糖原储存起来，以备不时之需。
而当血糖浓度降低时，胰岛素的作用减弱，肝脏和肌肉中的糖原会被分解为葡萄糖释放到血液中，供给全身组织使用。
1.2 糖酵解糖酵解是指将葡萄糖分解为乳酸或丙酮酸的过程。
这个过程可以在有氧条件下进行（称为有氧糖酵解），也可以在无氧条件下进行（称为无氧糖酵解）。
有氧糖酵解可以提供较多的能量，并产生水和二氧化碳作为副产物；而无氧糖酵解则产生乳酸，并在一定程度上限制能量产生。
1.3 糖异生糖异生是指将非碳水化合物物质转化为葡萄糖的过程。
当血糖浓度较低时，肝脏和肾上腺皮质会通过一系列反应将乙酰辅酶A、甘油三酯等物质转化为葡萄糖释放到血液中，以维持血糖水平的稳定。
2. 脂代谢脂代谢是指人体对脂肪的合成、分解和利用过程。
脂肪是一种重要的能量储备物质，也是构成细胞膜的主要组成成分。
脂肪代谢主要包括三个方面：脂肪酸合成、脂肪酸氧化和三酰甘油合成与分解。
2.1 脂肪酸合成脂肪酸合成是指将碳源（如葡萄糖）转化为甘油三酯的过程。
在此过程中，糖原会被转化为乙酰辅酶A，并通过一系列反应转化为长链脂肪酸。
这些长链脂肪酸可以在细胞内合成甘油三酯，并储存起来或者释放到血液中供给其他组织使用。
2.2 脂肪酸氧化脂肪酸氧化是指将脂肪酸转化为能量的过程。
当身体需要能量时，储存在细胞内的甘油三酯会被分解为脂肪酸和甘油，脂肪酸进入线粒体后经过β-氧化途径逐步分解为乙酰辅酶A，并通过三羧酸循环和氧化磷酸化产生能量。
糖病与脂肪代谢紊乱
糖病与脂肪代谢紊乱糖尿病（Diabetes Mellitus）是一种常见的慢性代谢性疾病，主要特点是血糖升高。
脂肪代谢紊乱（Dyslipidemia）则是指血液中脂肪代谢异常，包括高胆固醇、高甘油三酯、低密度脂蛋白增加以及高密度脂蛋白降低等情况。
近年来，研究发现糖病与脂肪代谢紊乱之间存在密切联系，相互影响而加重疾病的风险。
本文将就糖病与脂肪代谢紊乱之间的关系进行探讨。
糖尿病和脂肪代谢紊乱之间的关系可以从多个角度来考虑。
首先，糖尿病患者体内胰岛素的分泌受损，导致机体无法正常利用葡萄糖，血糖水平升高。
高血糖状态进一步刺激胰岛素分泌，使胰岛素水平升高，影响到脂肪组织的代谢。
这种胰岛素抵抗状态使得脂肪代谢紊乱，导致血液中的脂质水平升高。
其次，糖尿病导致脂肪细胞组织中的脂质合成增加，血液中甘油三酯的水平增高。
胰岛素的作用是促进细胞对葡萄糖的摄取和利用，但在胰岛素抵抗状态下，胰岛素对脂肪组织的抑制作用减弱，导致脂肪合成增加，脂肪堆积。
与此同时，胰岛素抵抗状态还导致脂肪分解降低，进一步加重了脂肪代谢紊乱。
此外，脂肪代谢紊乱也可以加重糖尿病的发展。
脂质代谢异常导致血液中脂质过多，沉积在肝脏和胰岛，并引发胰岛素抵抗，使得糖尿病的病情进一步恶化。
高密度脂蛋白水平降低也是脂肪代谢紊乱的一个特征，它是一种有益的脂质，有助于血管壁的修复和维护正常的血液流动。
脂代紊乱导致高密度脂蛋白降低，血管功能受损，加重胰岛素抵抗，从而增加了糖尿病的发病风险。
近年来，越来越多的研究发现，糖尿病与脂肪代谢紊乱之间的关系与慢性炎症密切相关。
慢性炎症对胰岛素信号途径的抵抗性增加，进一步损害脂肪组织的脂质代谢。
而脂肪组织又是慢性炎症的重要来源，形成了一个恶性循环。
这一炎症反应导致的胰岛素抵抗和脂肪代谢紊乱不仅加重了糖尿病的发展，还进一步增加了心血管疾病等并发症的风险。
综上所述，糖尿病与脂肪代谢紊乱之间存在着紧密的关系。
胰岛素抵抗状态导致的脂肪代谢紊乱加重了糖尿病的发展和恶化；同时，脂肪代谢紊乱也加重了胰岛素抵抗，形成了恶性循环。
糖尿病的病理生理学机制
糖尿病的病理生理学机制糖尿病是一种慢性代谢性疾病，主要表现为血糖过高。
根据国际糖尿病联合会的数据，目前全球糖尿病患者人数超过4.65亿，预计到2045年将达到6.36亿。
糖尿病这一长期存在的代谢性疾病，其病理生理学机制也备受关注。
糖尿病的病理生理学机制可以从三个层面来考虑：胰岛素分泌异常、组织胰岛素抵抗和胰岛素作用不足。
首先，糖尿病的发生与胰岛素分泌异常有密切关系。
胰岛素是由胰腺内的β细胞分泌的一种多肽激素，可以促进细胞对葡萄糖的摄取、利用和储存。
在糖尿病患者中，由于β细胞受损或死亡，胰岛素的分泌受到一定程度的限制。
特别是在第二型糖尿病中，体内糖尿病患者的胰岛素分泌不足，且继发性胰岛素抵抗持续存在，导致血糖不能被及时有效地处理，从而出现高糖血症的症状。
其次，糖尿病的病理生理学机制还与组织胰岛素抵抗有关。
细胞对于胰岛素的反应性受到影响而逐渐降低，因此需要更高浓度的胰岛素才能刺激细胞吸收葡萄糖。
组织胰岛素抵抗的影响可以从两个方面考虑：一是葡萄糖运输分子的含量、分布和活性；二是葡萄糖合成酶或糖异生酶的活性。
临床上，II型糖尿病患者体内葡萄糖运输分子含量或体内葡萄糖合成酶活性降低，导致细胞内葡萄糖不充分利用，最终导致高糖血症。
最后，糖尿病患者胰岛素作用不足也是其病理生理学机制的重要方面。
一些疾病状态、药物或生理因素等可以影响胰岛素的作用，导致胰岛素的生理效应降低或消失。
比如胃静脉泵注入胰岛素或胰岛素治疗的长期应用等，可以使患者对胰岛素的反应性降低。
此外，在某些情况下，患者可能出现胰岛素抵抗的现象。
由于组织细胞对胰岛素的反应性降低，需要更高浓度的胰岛素才能发挥其作用。
总之，糖尿病的病理生理学机制是多方面的，其复杂性使得治疗糖尿病的方法更具挑战性。
今后的治疗工作应侧重于恢复、提高胰岛素分泌的功能和维持合适水平的葡萄糖和胰岛素反应性，以及良好的生活习惯如合理饮食、适量运动等，来控制糖尿病的发展和预防其并发症的发生。
糖脂代谢相关指标
糖脂代谢相关指标糖脂代谢是人体内重要的生物化学过程，它涉及到能量的产生、储存和利用。
在这个过程中，糖和脂质通过一系列的酶促反应相互转化，维持着生命的正常运作。
糖脂代谢相关指标是衡量这一过程平衡与失调的关键参数。
本文将对这些指标进行详细阐述，以期提高大家对糖脂代谢的认识。
一、糖脂代谢概述糖脂代谢是指糖类和脂质在生物体内的代谢过程。
糖类是生物体能量的主要来源，通过糖酵解、糖异生等途径转化为脂质储存或直接供能。
脂质则主要包括甘油三酯、磷脂和固醇等，它们是生物膜的主要成分，同时也参与能量储备和信号传导等生物学过程。
在正常生理条件下，糖脂代谢相互制约、平衡运行，维持着生物体的稳态。
二、糖脂代谢相关指标及其意义1.血糖浓度：血糖浓度是糖脂代谢的关键指标之一，正常范围为3.9-6.1mmol/L。
血糖浓度升高可能导致糖尿病等疾病，而血糖浓度过低则会引发低血糖症状。
2.血脂浓度：血脂浓度包括总胆固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）等。
血脂异常是导致心血管疾病的重要危险因素，需要密切关注。
3.脂肪酶活性：脂肪酶是一类分解脂质的酶，其活性升高表明脂肪分解增加，可能与饥饿、运动等因素有关。
脂肪酶活性降低则可能导致脂质积累。
4.激素水平：激素如胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素等对糖脂代谢具有调控作用。
胰岛素促进糖类摄取、利用和储存，抑制糖异生；胰高血糖素则相反，促进糖异生，提高血糖浓度。
肾上腺素和去甲肾上腺素通过激活脂肪酶，促使脂肪分解，调节能量代谢。
5.酶活性：糖脂代谢过程中涉及多种酶的参与，如葡萄糖-6-磷酸酶、脂肪酶、磷酸酶等。
酶活性变化可反映代谢途径的平衡与失调。
三、糖脂代谢异常与疾病糖脂代谢异常与多种疾病密切相关，如糖尿病、肥胖、心血管疾病等。
糖尿病是由于胰岛素分泌不足或胰岛素作用受阻导致的糖代谢紊乱，患者容易出现高血糖、高血脂等症状。
肥胖则是脂肪积累的结果，可能导致脂肪肝、高血脂等并发症。
糖尿病与血脂代谢异常PPT课件
具有降血脂的食物
➢ 大蒜(早晨空腹吃糖醋蒜1~2个) ➢ 生姜、茄子、山楂、柿子、黑木耳、牛奶等。
高血脂患者治疗膳食举例
➢ 早餐:豆浆200毫升,蒸饼50克,煮熟黄豆10克; ➢ 中餐:米饭100克,瘦猪肉25克,炒青椒100克,炒豆角
脂质的获取
➢ 胆固醇 大部分人体自身合成的, 少部分从饮食中获得的。
➢ 甘油三酯 大部分是从饮食中获得的 少部分是人体自身合成的。
高血脂?
➢ 高血脂是指血中胆固醇(TC)和／或甘油三酯(TG)过高 或高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)过低,现代医学称之为 血脂异常。
血脂异常的危害
➢ 与高血糖、高血压、高血粘统称为“四高” ➢ 如果血脂过多,容易造成“血稠”,在血管壁上沉积,逐渐
糖尿病血脂水平应该控制(维持)在:
总胆固醇(TC,Ch): 有动脉硬化者小于4.6mmol/L
无动脉硬化者小于5.2mmol/L 总甘油三酯(TG)
小于1.7mmol/L 高密度脂蛋白-胆固醇(HDL-C)
大于1.2mmol/L 低密度脂蛋白-胆固醇(LDL-C)
有动脉硬化者小于2.6mmol/L 无动脉硬化者小于3.0mmol/L
脂质的摄入
➢ 胆固醇:全部来自动物油食品:蛋黄、动物内脏、鱼子和脑 等,含胆固醇较高,应忌用或少用。
➢ 不饱和脂肪酸:植物油含量丰富花生油、豆油、油菜籽等 ➢ 饱和脂肪酸:动物油类含量丰富,如猪油、羊油、牛油则
正常老年人每日膳食结构:
➢ 一个鸡蛋、一个香蕉; ➢ 一碗牛奶(不加糖,也可以是酸牛乳和奶粉); ➢ 500克水果及青菜(可选多种品种); ➢ 100克净肉,包括鱼、禽、畜等肉类(以可食部分计算); ➢ 50克豆制品(包括豆腐、腐竹、千张、豆糕以及各种豆类
生物化学中的代谢途径和调控机制
生物化学中的代谢途径和调控机制生物化学是研究生物体内物质代谢和能量转换的科学。
生物体内的物质代谢是由一系列复杂的化学反应组成的代谢途径，包括物质合成和分解、能量生成和消耗等。
这些代谢途径的调控机制直接影响生物体的生长、发育和生存。
本文将介绍生物化学中的代谢途径和调控机制。
一、代谢途径1. 糖代谢途径糖代谢途径是将葡萄糖等糖类化合物转化为能量和其它生物分子的过程。
在糖代谢途径中，葡萄糖先被转化为丙酮酸，经过一系列复杂反应生成ATP和其它生物分子。
常见的糖代谢途径包括糖异构化酶途径、三酸甘油磷酸途径和糖酵解途径等。
2. 脂质代谢途径脂质代谢途径是将脂类化合物转化为能量和其它生物分子的过程。
脂质代谢途径主要包括β-氧化途径、脂肪酸合成途径和胆固醇代谢途径等。
3. 氨基酸代谢途径氨基酸代谢途径是将氨基酸转化为其它生物分子的过程。
氨基酸代谢途径包括氨基酸降解途径和氨基酸合成途径。
氨基酸降解途径可以将氨基酸转化为葡萄糖等产生能量的物质，而氨基酸合成途径则可以将葡萄糖等物质合成氨基酸。
4. 核苷酸代谢途径核苷酸代谢途径是将核苷酸转化为能量和其它生物分子的过程。
核苷酸代谢途径主要包括嘌呤核苷酸代谢途径和嘧啶核苷酸代谢途径等。
二、调控机制1. 底物浓度反馈调控底物浓度反馈调控是生物体内常见的调控方式之一。
当某种底物的浓度增加时，会抑制该底物的产生或促进其消耗。
这种反馈调控可以使代谢途径保持平衡，并避免产生过量的底物。
2. 酶促反应速率调控酶促反应速率调控是生物体内代谢途径的另一种常见调控方式。
当代谢途径中某种酶的活性增强时，会加速反应速率，促进代谢途径的进行。
而当酶的活性降低时，则会降低反应速率，减缓代谢途径的进行。
3. 激素和信号传递调控激素和信号传递调控是生物体内复杂的调控方式之一。
当激素或信号分子被释放时，它们可以通过细胞膜、胞质或核内的受体与酶和基因相互作用，从而改变生物体内的代谢途径。
这种调控方式可以在组织和器官层面上对代谢途径进行调控，进而影响生物体的生长、发育和生存。
长期低氧对斑马鱼肝脏糖脂代谢的影响
第38卷第3期大连海洋大学学报Vol.38No.3 2023年6月JOURNAL OF DALIAN OCEAN UNIVERSITY June2023DOI:10.16535/ki.dlhyxb.2022-221文章编号:2095-1388(2023)03-0429-09长期低氧对斑马鱼肝脏糖脂代谢的影响王彦欣1,向蒙1,2,陈磊1,2,咸晨微1,2,胡瑞芹3,4,周艳3,4,许强华1,2,3∗(1.上海海洋大学海洋科学学院,上海201306;2.大洋渔业资源可持续开发教育部重点实验室,上海201306;3.国家海洋生物科学国际联合研究中心,上海201306;4.水产种质资源发掘与利用教育部重点实验室,上海201306)摘要:为了解长期低氧对斑马鱼(Danio rerio)肝脏糖脂代谢方面产生的影响,采用显微观察和转录组(RNA-Seq)测序技术,比较了常氧(6.5mg/Lʃ0.2mg/L)与长期低氧胁迫(1.5mg/Lʃ0.2mg/L)下,斑马鱼肝脏组织的显微与超显微结构及转录组变化㊂结果表明:光镜及电镜切片下,长期低氧使斑马鱼肝脏细胞呈现明显空泡化㊁脂质堆积㊁线粒体膨胀及内部结构紊乱等非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fattyliver disease,NAFLD)的病理现象;常氧组和长期低氧组肝脏的转录组比较显示,共筛选出362个显著差异表达基因(DEGs);GO和KEGG富集分析显示,显著差异表达基因富集在碳代谢㊁脂质代谢和PML(promyelocytic leukemia protein)小体等信号通路或类别;相关性分析发现,富集于PML小体的基因与碳代谢㊁脂肪酸代谢相关基因普遍呈正相关性,推测PML小体可能作为一种保护机制起到降低长期低氧对肝脏损伤的作用㊂研究表明,长期低氧会造成斑马鱼肝脏糖脂代谢异常,并诱发肝细胞出现NAFLD的病理现象㊂关键词:斑马鱼;长期低氧;转录组;非酒精性脂肪性肝病;糖脂代谢中图分类号:S917.4;Q71㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀氧气是动物生存的限制因子,对动物的生长发育及各项生理活动具有重要影响㊂在同一分压下,水体中的氧含量不足陆地空气的1/20,且氧气在水中的扩散速度仅为空气中扩散速度的1/10000[1]㊂因此,水体中的氧气消耗会显著影响水体中的溶解氧(DO)含量㊂随着全球工业化及城市化规模的进一步扩大,人为活动造成的陆源污染物大量排入江河湖海,溶解氧被大量消耗,使世界大面积海域成为溶解氧含量低于2mg/L的低氧区[2]㊂水体含氧量的下降会引起鱼体代谢紊乱㊁氧化应激和组织损伤等一系列应激响应,甚至导致其死亡㊂肝脏作为低氧响应敏感组织而成为研究热点㊂Zhang等[3]在对瓦氏黄颡鱼(Pelteobagrus vach-elli)的低氧研究中,通过验证糖酵解相关酶和氧化酶活性,发现低氧可引起肝脏无氧代谢的增强并伴有有氧代谢的抑制㊂对金鱼(Carassius auratus)进行低氧胁迫处理30d后,同样得到了肝脏无氧代谢水平提高的相似结论[4]㊂对军曹鱼(Rachy-centron canadum)研究发现,鱼类肝脏在低氧条件下会出现抗氧化酶活性及抗氧化防护能力降低的状况[5]㊂目前,低氧胁迫相关研究普遍集中于急性或短期低氧研究,而长期低氧胁迫对鱼类肝脏糖脂代谢的研究鲜见报道㊂已有研究表明,低氧环境是诱导产生非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)的重要因素[6]㊂对于NAFLD的发病机制,主要有两种假说:一是Day等[7]在1998年提出的 二次打击 学说,即脂质代谢紊乱和胰岛素抵抗对肝脏造成一定损伤后,引发氧化应激,进一步加重肝脏损伤;二是近年来形成的 多重打击 学说[8],即NAFLD是由胰岛素抵抗㊁脂肪组织分泌的激素㊁营养因素㊁肠道微生物群及遗传等多种因素共同作用导致的㊂而长期低氧与NAFLD 的联系,以及长期低氧诱发NAFLD的分子机制等相关问题,迄今均尚未解决㊂转录组测序技术具有高通量㊁高准确性和可重复性的优势,已为水生动物生长发育㊁抗病免疫和环境应激等方面的研究提供了有力工具[9]㊂本研究中,针对长期低氧条件下的斑马鱼(Danio re-rio),通过分析其肝脏转录组水平变化,并结合光㊀收稿日期:2022-07-16㊀基金项目:国家重点研发计划项目(2022YFD2400800);国家自然科学基金(31772826,31572598)㊀作者简介:王彦欣(2000 ),女,本科生㊂E-mail:wyx_589@向蒙(1996 ),女,硕士研究生㊂E-mail:1246059818@㊂王彦欣与向蒙为共同第一作者㊂㊀通信作者:许强华(1978 ),女,博士,教授㊂E-mail:qhxu@镜和电镜观察,从宏观和微观角度,探究长期低氧对斑马鱼肝脏结构及糖脂代谢功能的影响,长期低氧胁迫与NAFLD相关性,以及斑马鱼应对长期低氧环境的适应机制,以期为深度挖掘鱼类的低氧适应机制提供科学参考㊂1㊀材料与方法1.1㊀材料试验样本为大洋渔业资源可持续开发教育部重点实验室培育多代的野生型斑马鱼(WT),培育水温为28ħ,光照周期为12Dʒ12L㊂1.2㊀方法1.2.1㊀试验设计㊀本研究中试验方案由上海海洋大学科学伦理委员会授权(SHOU-DW-20171022)㊂低氧条件通过不断向水中注入氮气来实现㊂使用便携式溶解氧仪(YSI Pro20)定期测量DO水平㊂根据先前对斑马鱼的缺氧研究[10],本试验中设置长期低氧组和常氧组,DO质量浓度分别为(1.5ʃ0.2)㊁(6.5ʃ0.2)mg/L㊂所有样本由同一对亲本繁殖,并将受精卵随机平均分为两组,每组养殖斑马鱼20尾㊂驯化6个月后取斑马鱼各15尾,于冰上麻醉后解剖取其肝脏组织㊂以3尾斑马鱼作为一个试验单位进行后续试验,在转录组及实时荧光定量PCR(RT-qPCR)试验中,每组样本设置3个重复㊂N-1㊁N-2和N-3分别表示常氧组的3个生物学重复;H-1㊁H-2和H-3分别表示低氧组的3个生物学重复㊂1.2.2㊀光镜和电镜观察㊀分别从常氧组与长期低氧组取3尾斑马鱼,麻醉后解剖取其肝脏组织,并固定于体积分数为4%的多聚甲醛溶液中㊂经石蜡包埋㊁切片后进行HE(Hematoxylin-Eosin)染色,分别在100倍和200倍放大镜下观察肝脏的细胞形态㊂1.2.3㊀RNA的提取、cDNA文库建立和测序㊀分别从常氧组与长期低氧组中取9尾斑马鱼,每组将3尾斑马鱼的肝脏组织混合为一个样本,共设3个生物学重复㊂使用Trizol RNA抽提试剂盒(Invitro-gen,Carlsbad,CA,USA)提取每个样本的总RNA㊂利用生物分析仪系统评估RNA的完整性和浓度(OD260nm/OD280nm的范围为1.8~2.1)㊂使用文库制备试剂盒(VAHTS Stranded mRNA-seq Li-brary Prep Kit,Illumina)构建cDNA文库㊂利用Illumina hiseqtm2000测序仪(San Diego,CA, USA)分别对两组的3个平行样本进行转录组测序㊂采用双端测序,测序分析的读取长度为150bp㊂1.2.4㊀差异基因分析㊀通过Trimmomatic0.33软件获得双端clean reads㊂具体参数:AVGQUAL为20,TRAILING为20,MINEN为50㊂利用HISAT2将所有的clean reads映射到参考基因序列(ht-tp:///pub/release-105/gtf/danio_ rerio/)[11]㊂以GRCz11作为参考基因组㊂在Cufflinks软件的默认设置下,计算每个样本的基因表达水平,以确定每个基因每千个碱基转录物中每百万个映射片段的reads(fragments per kilobase of exon model per million,FPKM)㊂利用EdgeR3.26.8软件筛选常氧组和低氧组之间肝脏组织中的差异基因㊂以|log2(fold change)|>1和adjusted P<0.002作为差异基因筛选标准㊂为防止多次平行试验中出现较高的错误发现率(false discovery rate,FDR),试验还对FDR控制的q值进行了计算,并进一步剔除q>0.05的差异基因㊂利用R软件中的ClusterProfiler包进行基于超几何分布计算的GO功能富集和KEGG通路富集分析[12]㊂1.2.5㊀实时荧光定量PCR验证㊀为验证RNA-Seq 分析结果,随机选取6个差异基因进行RT-qPCR 验证,将靶基因的表达水平标准化为β-肌动蛋白的表达,每个基因进行3个生物学重复和3个技术重复㊂总RNA提取自常氧组和长期低氧组的斑马鱼肝脏组织㊂按照反转录试剂盒(北京擎科生物科技有限公司)说明书步骤操作,以RNA合成的cDNA作为RT-qPCR的模板㊂采用2ˑT5快速qPCR混合试剂盒(SYBR Green,北京擎科生物科技有限公司)在cfx96荧光定量PCR仪(BioRad, Hercules,CA,USA)上对基因进行定量分析㊂PCR反应过程:95ħ下预变性1min;95ħ下循环变性10s,56ħ下退火复性10s,共进行40个循环㊂采用2-әәCt方法计算每个样本的相对表达量[13]㊂使用Microsoft Excel软件进行Pearson相关分析,以评估RNA-Seq数据与RT-qPCR测量之间的关系强度㊂相关引物的详细信息见表1㊂1.3㊀数据处理试验结果均以平均值ʃ标准差(meanʃS.D.)表示㊂采用R4.1.3软件进行数据统计及相关性分析,显著性水平设为0.05,极显著水平设为0.01㊂2㊀结果与分析2.1㊀斑马鱼肝脏组织的光镜观察常氧组斑马鱼的肝脏细胞平滑,呈多角形,排034大连海洋大学学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第38卷表1㊀试验所用引物Tab.1㊀Primers used in this study基因gene登录号accession No.引物序列(5ᶄ-3ᶄ)primer sequence(5ᶄ-3ᶄ)产物长度/bp lengthldha NM_131246.1F:AGATGGTGGTTGACAGTGCATR:TACCCAGAATGCAAGGCACA195 acat2NM_131370.2F:ACCACATGGGAATCACAGCGR:ACCTCGACTGGACCTTTCCT175 pkma XM_009293364.2F:TATCCATCCGCGTGCCTTTGR:GAGGAGACTGGTAATATCCTGCT133 abhd3NM_001004569.2F:TCCCCCAATCACGCTATTCCR:CGGTCCATGTAGGTGCTCTG131 gpx1b NM_001004634.2F:CCAGTTCGGCTATCAGGAAAR:CTCATCGCTTGGGAAGGGAA181 cyp27b1NM_001311791.1F:CTTCGGTCTGGAAGGCATCTR:CAGAAGGTGTCCCAGGGTTT186β-actin NM_131031.2F:CACTGAGGCTCCCCTGAATCR:GGGTCACACCATCACCAGAG167列整齐,细胞核多呈圆形,位于细胞中央(图1A);大量肝血窦存在于肝脏细胞之间,血窦内可见大量红细胞分布,部分肝脏细胞质内有外表光滑而明亮的圆形脂滴(图1B)㊂而长期低氧组斑马鱼肝脏细胞外形不规则,杂乱排列,多数细胞出现空泡化,部分细胞出现气球样变,细胞核偏离细胞中央,贴近细胞膜(图1C);部分肝脏细胞出现核萎缩(图1D),肝血窦数量减少,血窦内仅有少量红细胞分布,并出现少量炎性细胞浸润现象(图1D,Ⅶ)㊂2.2㊀斑马鱼肝脏组织的电镜观察对比长期低氧组和常氧组斑马鱼肝脏的电镜切片后发现,长期低氧对肝细胞形态和内部细胞器结构均有较大影响,并呈现较大差异㊂常氧组斑马鱼的肝脏细胞大小匀称㊁形状规则㊁排列整齐,细胞核一般分布于细胞中心(图2A);细胞膜光滑,细胞器结构清晰,均匀分布在细胞质内(图2B);滑面内质网大量分布于细胞膜附近,呈片层状排列(图2C),线粒体呈棒状或椭球形分布在粗面内质网附近,双层膜结构清晰可辨,线粒体内嵴较多且排列整齐(图2C)㊂而低氧组斑马鱼的肝脏细胞外形不规则,多数细胞核偏离细胞中心位置,贴近细胞膜,细胞质基质中出现多个大面积亮区(图2D);细胞膜粗糙,有明显不规则突起,细胞器结构不清晰且分布不均(图2E);滑面内质网排列杂乱,线粒体明显膨胀为球形,内部结构模糊;同时,与过氧化物合成代谢密切相关的过氧化物酶体数量也A 常氧组;B A图中方框的局部放大;C 长期低氧组;D C图中的局部放大㊂Ⅰ 细胞核,Ⅱ 肝血窦,Ⅲ 红细胞,Ⅳ 圆形脂滴,Ⅴ 空泡化的肝细胞,Ⅵ 萎缩的肝细胞核,Ⅶ 炎性细胞浸润㊂A normoxia group;B enlargement of the box in the Fig.A;C long-term hypoxia group;D enlargement of the box in the Fig.C.Ⅰ nucleus,Ⅱ hepatic blood sinusoid,Ⅲ red blood cell,Ⅳ round lipid droplet,Ⅴ vacuolated hepatocytes,Ⅵ atrophied hepatocyte nuclei,Ⅶ inflammatory cell infiltration.图1㊀长期低氧组和常氧组斑马鱼肝脏组织形态(HE染色) Fig.1㊀Histomorphology of the liver of Danio rerio in the long-term hypoxia acclimated and the normoxiagroups(HE staining)明显上升,其多分布于线粒体和内质网附近(图2F)㊂结合光镜结果发现,低氧组斑马鱼肝脏细胞存在较多的脂质堆积和明显的脂肪性病变㊂2.3㊀长期低氧造成的基因表达差异对两组斑马鱼肝脏样品测序分别得到3个转录组数据:18.1㊁11.2㊁12.6Gbp(低氧组)和8.3㊁9.0㊁7.2Gbp(常氧组)㊂经过数据分析和质量过滤后分别得到967100㊁1358991㊁1478980个clean reads(低氧组)和1023145㊁1167706㊁783363个clean reads(常氧组)㊂表达基因数共13966个㊂以log2(fold change)>1和P<0.002为标准进行差异基因筛选,长期低氧组与常氧组斑马鱼肝脏组织中共筛选出差异表达基因362个,其中,203个基因上调,159个基因下调㊂对差异基因进行主成分分析显示,通过PC1成分的正负值即可将常氧组与长期低氧组的差异基因完全区分开㊂这表明,不同处理组间的差异基因表达存在显著性差异,且长期低氧组中3个样本的分布较常氧组更为分散(图3),这可能是由于不同个体对长期低氧环境适应能力有所差异导致㊂134第3期王彦欣,等:长期低氧对斑马鱼肝脏糖脂代谢的影响A~C 常氧组;D~F 长期低氧组㊂Ⅰ 肝细胞核;Ⅱ 肝糖原;Ⅲ 粗面内质网;Ⅳ 滑面内质网;Ⅴ 线粒体;Ⅵ 过氧化物酶体㊂A-C normoxia group;D-F long-term hypoxia group.Ⅰ hepatocyte nucleus;Ⅱ liver glycogen;Ⅲ rough endoplasmic reticulum;Ⅳ smooth endoplasmic reticulum;Ⅴ mitochondrion;Ⅵ peroxisome.图2㊀长期低氧组和常氧组斑马鱼肝脏细胞的超显微结构Fig.2㊀Ultrastructure of the liver of Danio rerio in the long-term hypoxia acclimated and the normoxiagroups图3㊀PCA主成分分析Fig.3㊀Principal component analysis(PCA)2.4㊀基因富集分析GO富集分析显示,362个差异基因共富集到2个主要功能类别:生物过程(biological process, BP)和细胞成分(cellular component,CC),分别包括16和2个子类别㊂在生物过程类别中,差异基因在一元羧酸代谢过程(GO:0032787)㊁脂质生物合成过程(GO:0008610)㊁有机酸转运(GO:0015849)㊁低氧应激(GO:0001666)㊁对氧气水平降低的相应(GO:0036293)和羧酸转运(GO:0046942)等中等显著富集;在细胞成分类别中,差异基因仅在PML小体(GO:0016605)和膜的外在成分(GO:0019898)中等显著富集(图4),其中,PML小体相关基因表现为极显著富集㊂对203个上调和159个下调的差异基因进行KEGG分析,下调差异基因中未得到富集通路,上调差异基因主要富集于6条表达显著上调的通路中,包括碳代谢㊁脂肪酸代谢㊁谷胱甘肽代谢㊁丙酮酸代谢㊁PPAR信号通路和胰岛素信号通路(图5)㊂图4㊀GO富集分析Fig.4㊀GO enrichment analysis㊀㊀对各组基因表达量进行均一化处理后分别绘制这6条通路的表达热图(图6)㊂富集途径主要涉及信号转导和糖脂代谢,与GO富集分析结果一致,碳代谢和脂肪酸代谢通路富集程度明显,且所占基因比率较大,分别有9个和7个基因富集于这两个通路㊂根据GO和KEGG富集结果发现,长期低氧胁迫对斑马鱼肝脏的影响主要集中于碳代谢㊁脂肪酸代谢和PML小体类别(图4㊁图5),这3条234大连海洋大学学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第38卷图5㊀KEGG 通路富集分析Fig.5㊀KEGG enrichment pathway analysis主要富集通路中的关键差异基因如表2所示,从低氧与常氧的读数比值可见,两条代谢通路中的基因表达量均显著上调,且P 值均远小于0.05的显著性水平,故试验结果具有可靠性㊂2.5㊀PML 小体的富集PML 小体由早幼粒细胞白血病蛋白(promye-locytic leukemia protein,PML)装配,集中存在于细胞核中,作为一种肿瘤抑制蛋白,与细胞的衰老密切相关㊂长期低氧引起了PML 小体的GO 显著富集(图4),为探究PML 小体富集原因,分别对富集于此类别的基因(tp 53inp 1㊁hipk 3a ㊁hipk 3b㊁图6㊀KEGG 通路的热图分析Fig.6㊀Heat map analysis of KEGG pathwayssi :ch 211-260e 23.9和ppargc 1a )与碳代谢相关基因和脂肪酸代谢相关基因进行相关性分析,涉及相关性检测的基因见表2㊂在PML 小体与碳代谢的相关性分析中,PML 小体相关基因与碳代谢相关基因普遍呈现较强的正相关关系(图7(a))㊂其中,hipk 3b 与控制线粒体氧化的pkma ㊁hibch 基因呈显著负相关(P <0.05),表明其与线粒体内能量代谢过程有拮抗关系;ppargc 1a ㊁hipk 3a 与碳代谢相关基因多数达到相关性系数>0.5的正相关关系,这两个基因均与维持细胞葡萄糖稳态的hkdc 1基因呈极显著正相关关系(P <0.01);si :ch 211-260e 23.9除与碳代谢相关基因间多数形成显著正相关关系外,与me 1㊁g 6pd 和gpd 等控制糖代谢中脱氢酶类活化的基因存在极显著正相关(P <0.01)(图7(a))㊂在PML 小体与脂肪酸代谢的相关分析中,PML 小体相关基因与脂质代谢相关基因同样普遍呈现较强的正相关关系(图7(b))㊂其中,hipk 3a 与脂质代谢相关基因的相关性较强,且与脂肪合成相关基因scd 和elovl 2呈显著正相关(P <0.05);si :ch 211-260e 23.9与脂质代谢相关基因普遍形成正相关关系,且均与脂肪酸合成相关基因acsbg 2㊁acaca 呈极显著正相关(P <0.01)(图7(b))㊂2.6㊀转录组数据的RT-qPCR 验证利用RT-qPCR 随机验证了6个差异基因的表达情况㊂在这些随机选择的差异基因中RT-qPCR 结果与RNA-seq 结果具有相似的表达情况(图8)㊂RT-qPCR 和RNA-seq 数据间的Pearson 相关系数(R )为0.92(R ȡ0.7时,两个变量之间有较强的相关性),表明本研究中的转录组数据具有可靠性,筛选出的差异基因具有准确性㊂334第3期王彦欣,等:长期低氧对斑马鱼肝脏糖脂代谢的影响图7㊀PML小体与碳代谢、脂肪酸代谢的Pearson相关性分析Fig.7㊀Pearson correlation analysis of PML body with the carbon metabolism and fatty acid metabolism 表2㊀3个显著富集通路/类别中涉及的差异基因Tab.2㊀List of DEGs involved in the three significantly en-riched pathways or terms功能function基因gene基因IDgene ID低氧读数hypoxiaread常氧读数normalread低氧/常氧hypoxia/normalP值Pvalue碳代谢carbon metabolism acat2ENSDARG0000000712710.68 1.208.925.0ˑ10-5 pgd ENSDARG0000001534324.30 5.69 4.275.0ˑ10-5 idh1ENSDARG0000002537543.6116.54 2.645.0ˑ10-5 hkdc1ENSDARG00000038703 2.330.65 3.589.0ˑ10-4 me1ENSDARG0000005321557.978.61 6.735.0ˑ10-5 hibch ENSDARG000000548677.30 3.12 2.349.5ˑ10-4 g6pd ENSDARG000000710657.58 2.98 2.542.5ˑ10-4 pkma ENSDARG000000997307.10 2.62 2.714.5ˑ10-4 ogdhb ENSDARG00000103428 6.83 1.89 3.615.0ˑ10-5脂肪酸代谢fatty acid metabolism acsbg2ENSDARG00000004094 2.090.85 2.471.8ˑ10-3 acat2ENSDARG0000000712710.68 1.208.925.0ˑ10-5 scd ENSDARG0000003366234.67 1.3825.185.0ˑ10-5 elovl2ENSDARG0000004541449.6814.90 3.335.0ˑ10-5 elovl8b ENSDARG000000573659.06 3.12 2.901.8ˑ10-5 acaca ENSDARG0000007851222.648.83 2.565.0ˑ10-4 fasn ENSDARG000000876579.70 1.40 6.935.0ˑ10-5PML 小体PML body tp53inp1ENSDARG0000002801724.6371.990.344.0ˑ10-4 hipk3a ENSDARG000000624697.04 3.15 2.232.0ˑ10-4 hipk3b ENSDARG000000620820.63 2.540.251.5ˑ10-4 ppargc1a ENSDARG00000067829 5.27 1.50 3.515.0ˑ10-5 si:ch211-260e23.9ENSDARG0000010257245.209.83 4.605.00ˑ10-53㊀讨论3.1㊀长期低氧与NAFLD的关系大量研究表明,间歇性缺氧导致的组织缺氧可能引起胰岛素抵抗㊁肝脏脂质代谢功能障碍和肝脏图8㊀差异基因在RNA-seq和RT-qPCR中的表达比较Fig.8㊀Trends of differentially expressed genes in RNA-seq and RT-qPCR脂肪病变等不良影响,且均与NAFLD的形成有关,慢性间歇性低氧已成为NAFLD发生发展的独立危险因素[14]㊂肝脏作为机体能量代谢的重要场所,肝细胞内富含大量与糖代谢有关的线粒体,以及与蛋白质㊁脂质代谢有关的内质网等细胞器㊂本研究中,长期低氧胁迫的斑马鱼肝脏中出现大量脂质堆积,线粒体结构明显受损,过氧化物酶体显著增加,说明长期低氧影响了斑马鱼肝脏脂质及糖类的正常代谢,大量过氧化物酶体的出现则说明肝脏细胞中有大量过氧化物积累,符合NAFLD的病理特征㊂由此推测,长期低氧容易诱发NAFLD的形成㊂3.2㊀长期低氧诱发NAFLD的分子机制3.2.1㊀长期低氧造成肝脏脂质积累和胰岛素抵抗的产生㊀Day等[7]研究发现,由脂质积累和胰岛素抵抗引起的氧化应激和脂质过氧化及其相互作用,是引发NAFLD的主要原因㊂鱼类暴露于低氧环境时呼吸代谢最先受到影响㊂在低氧环境对水生434大连海洋大学学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第38卷生物呼吸代谢的影响研究中,急性低氧和长期低氧方面均有涉及㊂在急性低氧(2mg/L)暴露的最初24h内,大黄鱼(Larimichthys crocea)的有氧代谢受到抑制,无氧代谢增强,24h后无氧代谢逐渐减弱[15]㊂持续30d的慢性低氧胁迫后发现,乳酸脱氢酶含量在金鱼体内显著上升,无氧代谢增强[4]㊂Borowiec等[16]将鳉(Fundulus heteroclitus)分为急性低氧组㊁持续低氧组和间歇低氧组进行试验,发现在胁迫的18h内,仅急性低氧组肝脏中乳酸含量显著上升㊂本研究中,KEGG富集分析发现,碳代谢和丙酮酸代谢通路相关基因显著上调(图6(a)㊁(b))㊂丙酮酸通路中的关键物质丙酮酸经过无氧呼吸后还原为乳酸,其中,激活L-乳酸脱氢酶活性的ldha基因明显上调,表明斑马鱼为适应长期低氧环境,依靠主动提高无氧代谢以减少氧气的消耗㊂乳酸脱氢酶能催化丙酮酸成为乳酸,该酶被认为是无氧呼吸的标志酶,其活力大小在一定程度上反映了无氧代谢的高低[17]㊂无氧呼吸产生大量乳酸,使组织中H+浓度升高,pH降低,产生的活性氧自由基(ROS)会攻击线粒体,抑制线粒体β氧化,导致线粒体功能紊乱㊂有研究表明,长期低氧会导致细胞内线粒体呼吸链受阻,这与本研究结果一致[18]㊂本研究中,GO富集分析发现,促进乳酸代谢与一元羧酸代谢相关的abat㊁acat2㊁pgd㊁idh1等基因显著上调,表明长期无氧呼吸造成大量乳酸堆积,机体通过增强一元羧酸的转运,提高乳酸代谢速率,以缓解乳酸堆积㊂尽管如此,鱼体也难以保持组织内部的稳态环境,正如电镜中观察到的大多数线粒体受ROS攻击后出现了功能障碍的外在表现,即线粒体外形膨胀呈球形㊁内部混浊嵴排列杂乱且结构不清晰(图2)㊂肝脏是脂质代谢的重要场所,其含有的肝糖原和脂质是机体能量的主要来源,也是受到外界环境胁迫后最先做出响应的器官之一㊂肝脏细胞线粒体β氧化障碍,影响了细胞对脂肪酸的摄取㊁利用和分解代谢,进一步造成了细胞内脂质和游离脂肪酸的堆积㊂这一点在本研究中也得到了验证(图2), KEGG富集分析也发现,胰岛素信号通路显著上调(图6(c))㊂已有研究证明,线粒体功能障碍与胰岛素抵抗密切相关[19]㊂正常状态下,胰岛素促进肝脏脂肪合成,同时抑制糖异生进而降低肝脏葡萄糖产生;胰岛素抵抗状态下,糖异生途径对正常分泌的胰岛素不敏感,胰岛素抑制肝脏葡萄糖产生的作用降低导致肝脏葡萄糖积累,而肝脏脂肪合成仍保持较高水平[20-21],宏观表现在肝脏细胞中脂质大量积累㊂综上,长期低氧胁迫的斑马鱼肝脏细胞中线粒体β氧化过程受到抑制,导致脂质代谢异常,造成脂质积累,进而导致胰岛素抵抗,加剧脂质堆积,胰岛素抵抗与脂质代谢相互促进㊁相互影响,造成了诱发NAFLD的最初原因㊂3.2.2㊀长期低氧促使氧化应激和脂质过氧化的形成㊀肝细胞中脂质的积累削弱了线粒体的氧化能力,增加了电子传递链复合物的还原状态,并刺激脂肪氧化的过氧化物酶体途径,形成氧化应激和脂质过氧化㊂大量ROS的产生是引起肝脏氧化应激的主要原因㊂肝脏在经过胰岛素抵抗等的一次打击后,肝脏中大量脂质㊁游离脂肪酸无法被及时代谢并造成堆积,成为进一步的氧化应激源[22]㊂本研究PPAR富集通路中,与激活PPAR-α受体相关的基因fabp2和fabp7a显著上调(图6(e)),表明PPAR-α受体被激活㊂过量的游离脂肪酸激活PPAR-α受体,增加脂肪酸β氧化,以减轻过量脂肪酸对机体的毒害作用㊂这一过程已经在Alvares 等[23]对人类血浆和CHO细胞的研究,以及Gao 等[24]利用HepG2细胞对人参皂苷Rg1(G-Rg1)的研究中得到验证㊂但脂肪酸β氧化活性上升,造成ROS大量积累,超出机体的抗氧化能力[25]㊂本研究中,gpx1b㊁gstt1b和anpepb等抗氧化基因上调(图6(f)),也表明斑马鱼肝脏组织中存在氧化应激㊂但Yao等[26]研究发现,PPAR受体的激活促进肝脂肪酸β氧化,从而改善肝脂质沉积,减轻NAFLD的病理改变,这与本研究的结果不同㊂推测此差异可能与长期低氧胁迫环境有关㊂本研究中,长达数月的低氧胁迫造成的脂质堆积已经难以通过PPAR受体的激活得到明显缓解,进而造成了ROS的积累㊂因此,由长期低氧造成的脂质积累产生的大量游离脂肪酸作为ROS的重要来源进一步加重了肝脏的氧化应激损伤㊂脂质过氧化是由ROS攻击多不饱和脂肪酸(PUFA)引发,并产生MDA等过氧化物[26]㊂受到PPAR-α调节,具有单饱和脂肪酸的合成和长链脂肪酸去饱和作用的scd基因上调(图6(e)),增加了PUFA的数量,使其更易与大量的ROS进行氧化分解产生过氧化产物,造成脂质过氧化,与氧化应激一同构成诱导NAFLD发病的第二次打击㊂综上,长期低氧胁迫下,斑马鱼肝脏糖脂代谢受到显著影响,大量积累的脂质加重了肝脏细胞氧化应激和脂质过氧化程度,对肝脏造成严重损伤,出现了NAFLD的病理化反应,并诱发NAFLD的形成㊂534第3期王彦欣,等:长期低氧对斑马鱼肝脏糖脂代谢的影响3.3㊀肝脏对长期低氧的适应PML装配PML小体,作为一种与细胞衰老密切相关的肿瘤抑制蛋白,目前多集中在对乳腺癌[27]㊁肺癌[28]和肝癌[29]等癌症的抑制作用相关研究中㊂虽然PML在细胞代谢中的作用尚不明确,但也值得关注㊂Kim等[30]研究表明,PML可抑制脂肪生成,PML缺失的小鼠体内产生脂肪堆积㊂Carracedo等[31]也指出,PML在激活脂肪酸氧化途径中发挥积极作用,推测其可能缓解由脂肪变性引起的机体损伤㊂本研究中发现,KEGG富集通路中涉及的碳代谢和脂肪酸代谢相关基因与PML小体类别下的si:ch211-260e23.9和hipk3a基因均有较强的正相关关系(图7),这与上述研究结果一致㊂由此推测,PML小体的显著富集可能是斑马鱼肝脏适应长期低氧环境,减轻无氧呼吸和脂质积累对机体造成严重损伤的一种自我调控机制㊂4㊀结论1)长期低氧胁迫下斑马鱼肝脏结构呈现出肝脏细胞空泡化㊁脂质积累,以及线粒体外形膨胀为球形且内部结构紊乱等病理特征㊂2)转录组学分析显示,长期低氧引起大量上调的差异基因富集于碳代谢和脂肪酸代谢通路,同时引起PML小体类别的富集㊂3)综合肝脏结构及转录组学分析结果,长期低氧可能通过影响肝脏正常的糖脂代谢而诱发NAFLD产生㊂同时PML小体类别也在长期低氧斑马鱼肝脏中显著富集,说明其可能是斑马鱼适应长期低氧环境㊁减轻机体损伤的一种自我保护机制㊂参考文献:[1]㊀BERNARDS 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糖脂代谢病的发病机制:多重打击学说作者：华爽吕明慧刘倩颖何兴祥荣向路叶得伟郭姣来源：《世界中医药》2019年第03期摘要;血糖異常、血脂异常、非酒精性脂肪肝、超重、高血压、动脉粥样硬化性心脑血管病等代谢性疾病发病率居高不下，是世界性难题。
临床流行病学研究目前已证实，2型糖尿病、高脂血症等代谢性疾病常合并发生，但目前对导致上述代谢异常发生的分子机制尚未阐明，并制约了综合防控疗效优良的创新药物和诊疗手段的研发。
郭姣教授率团队基于大样本临床流行病学、转化研究数据，提出“糖脂代谢病”创新理论，认为上述代谢异常以糖、脂代谢紊乱为特征，发病过程由遗传、环境、精神等多种因素参与，以神经-内分泌失调、胰岛素抵抗、氧化应激、炎性反应、肠道菌群失调为核心病理，以高血糖、血脂失调、非酒精性脂肪肝、超重、高血压及动脉粥样硬化等单一或合并出现为主要临床表现特点。
本文综合神经-内分泌-免疫紊乱、胰岛素抵抗、氧化应激、炎性反应、肠道菌群失调等环节与糖脂代谢异常及其诱发多器官病变的病理机制的研究进展，提出糖脂代谢病发病机制的“多重打击学说”。
该学说对于揭示多种代谢异常发生的核心、共性分子机制及从病证结合角度阐释中医证候的生物学本质具有重要意义。
关键词;糖脂代谢病;发病机制;神经-内分泌轴;胰岛素抵抗;氧化应激;代谢性炎性反应;肠道菌群失调The Multiple-hit Pathogenesis of Glucolipid Metabolic DisordersHua Shuang1，2，3，Lyu Minghui1，2，3，Liu Qianying1，2，3，He Xingxiang2，Rong Xianglu1，2，3，Ye Dewei1，2，3，Guo jiao1，2，3（1 Joint Laboratory between Guangdong and Hong Kong on Metabolic Diseases，Guangdong Pharmaceutical University，280 Waihuan Road East，Guangzhou Higher Education Mega，Guangzhou 510006，China; 2 Guangdong Metabolic Disease Research Center of Integrated Chinese and Western Medicine，Guangdong Pharmaceutical University，280 Waihuan Road East，Guangzhou Higher Education Mega，Guangzhou 510006，China; 3 Institute of Traditional Chinese medicine，Guangdong Pharmaceutical University，280 Waihuan Road East，Guangzhou Higher Education Mega，Guangzhou 510006，China）Abstract;The high prevalence and incidence of hyperglycemia，dyslipidemia，nonalcoholic fatty liver disease，obesity，hypertension，atherosclerosis and its related cardiovascular diseases has emerged as one of leading causes of morbidity and mortality worldwide.Epidemiological data well established that two or several above-mentioned metabolic disorders usually co-exist in obese subjects.However，the mechanisms underlying the co-existence of these metabolic disorders have notbeen well characterized currently，exerting negative effect on the development of new drugs and therapeutic approaches for these diseases.Based on the data from epidemiological and translational studies，Professor Jiao Guo and res earch team proposed a novel concept “Glucolipid Metabolic Disorders”（GLMD），which highlights the disorders in the metabolism of glucose and lipid as the key player in the pathogenesis of metabolic disorders.Genetic，environmental，and mental factors work together to contribute the development of GLMD.The dysfunction in neuroendocrine axis，insulin resistance，oxidative stress，metabolic inflammation，and alteration in gut microbiota represent the key mechanisms corresponding to the progression of these metabolic disorders.This article summarizes the recent findings in the relationship among these mechanisms and the development of GLDM and proposes the multiple-hit hypothesis for the pathogenesis of GLMD.This hypothesis is of significant importance for the clarification of the biological essence of Zheng in Traditional Chinese Medicine.Key Words;Pathogenesis; Dysfunction in neuroendocrine axis; Insulin resistance; Oxidative stress;Metabolic inflammation;Altered gut microbiota中图分类号：R228;R259;R589.2文献标识码：Adoi：10.3969/j.issn.1673-7202.2019.03.023目前，多种糖脂代谢异常相关性疾病，包括2型糖尿病、血脂异常、高血压、非酒精性脂肪肝以及与其相关的多种心血管并发症已跻身于流行病行列，严重威胁人类健康。
但目前对于糖脂代谢异常性疾病的临床诊疗面临以下难点问题：1）治疗策略仅关注单一发病环节、单一靶点;2）诊疗模式多采用分科诊治，导致多种代谢异常状态和药物疗效的随访信息难以完整采集，疾病预后难获全面评估;3）心血管事件等严重并发症的防控疗效欠佳。
疾病核心病理机制及关键介导分子的研究是新型诊疗策略及创新药物研发的重要基础。
探索糖脂代谢相关疾病的核心发病机制，并制定有效防控策略成为当前医学研究的重大问题。
郭姣教授率团队瞄准该病葡萄糖和脂类代谢异常的核心病理环节，对于该病的西医发病机制研究现状凝练出了3个关键与热点问题：1）多个代谢器官和组织（包括肝脏、胰腺和脂肪）的代谢功能作为整体进行认识和研究;2）应重视神经-内分泌轴对于糖脂代谢的系统性调控功能;3）介导糖脂代谢过程中器官串扰和组织对话的新型因子的功能和分子机制尚未完全阐明。
针对以上关键问题，郭姣教授基于文献整理和前期临床研究，针对葡萄糖和脂类代谢异常这一核心病理机制，创新性提出“糖脂代谢病”创新理论，认为其是一种以糖、脂代谢紊乱为特征，由遗传、环境、精神等多种因素参与的疾病，其以神经内分泌失调、胰岛素抵抗、氧化应激、炎性反应、肠道菌群失调为核心病理，以高血糖、血脂失调、非酒精性脂肪肝、超重、高血压及动脉粥样硬化等单一或合并出现为主要临床表现特点，需要整体认识和一体化防控[1]。
目前，借助宏基因组学、代谢组学等多组学技术、模式动物表型鉴定等生物医药领域前沿技术在糖脂代谢病基础、转化和临床研究中的广泛、深入应用，逐步揭示出糖脂代谢病是由于神经-内分泌对于糖脂代谢的调控功能异常诱发的、由多个代谢器官功能异常参与的复杂性、系统性疾病。
郭姣教授提出，在糖脂代谢病发生过程中，神经-内分泌紊乱、胰岛素抵抗、氧化应激、慢性炎性反应和肠道菌群失调等核心病理环节网络交织，形成多重打击（Multiple Hits），共同参与糖脂代谢病的发生和进展。
1;神经-内分泌轴功能紊乱机体通过神经、内分泌两大系统调节神经递质、激素和细胞因子释放，大脑中的特定神经元可感知代谢底物的变化，并通过与进入脑内的瘦素、胰岛素及其他细胞因子交互作用，构成精密的调节网络，维持机体糖类和脂类代谢稳态。
临床研究和模式动物的研究结果均证实，中枢神经系统在调控能量和葡萄糖代谢稳态中发挥关键作用[2]。
大脑中的多个功能区域，特别是下丘脑，通过感知和整合来自外周组织的信号和代谢的生理变化而对机体的能量代谢发挥系统性调控作用。
伸长细胞、瘦素和5-羟色胺是参与神经内-分泌轴调控糖脂代谢的关键细胞和信号传递分子。
1.1;伸长细胞;伸长细胞（Tanycytes，TAs）是一种特殊的室管膜胶质细胞，主要位于下丘脑正中隆起（ME）、第三脑室腹侧和弓状核附近的室周器[3-4]。
内酰胺酶是一种在胶质细胞中特异产生的多肽家族，可与苯二氮艹卓受体结合[5]。
伸长细胞通过分泌内酰胺酶介导中枢系统对葡萄糖摄取的感应[6]。
在辐照诱发的伸长细胞损伤的小鼠模型中，体重、能量消耗和机体活动等系统性能量代谢指标发生显著改变[7]。
1.2;瘦素;瘦素的典型反应神经元包括下丘脑弓状核的AgRP/NPY和POMC。