Glut4突变调控脂肪重分布及肌纤维重塑的机制研究

作者：谢宁; 张凯艺; 阮进学; 陶聪; 吴添文; 王彦芳; 杨述林^*

来源：畜牧兽医学报, 2021, 52(09): 2464-2474.

• Glut4
• 胰岛素抵抗
• 骨骼肌
• 脂代谢
• 肌纤维类型

旨在探讨Glut4基因突变后骨骼肌能量代谢及肌纤维转化的分子机制。本研究利用CRISPR/Cas9技术构建Glut4Q177L突变鼠。选取22周龄健康的野生雄鼠和Glut4Q177L突变雄鼠,即试验分为两组,每组3只,3个重复,进行表型评价和糖耐量、胰岛素耐量试验;荧光定量检测两组小鼠腓肠肌葡萄糖转运蛋白、脂代谢、肌纤维类型相关调控基因的表达差异;Western blot测定腓肠肌AMPK及其磷酸化蛋白含量。结果表明,突变鼠皮下脂肪和附睾脂重量显著低于对照组(P<0.05);突变鼠糖耐量曲线下面积极显著增加(P<0.01),表明其糖耐量受损;突变鼠血清中甘油三酯的含量显著下降(P<0.05)。相较于野生型小鼠,Glut4Q177L突变鼠腓肠肌中Glut4、Glut1和Glut12等多个葡萄糖转运蛋白表达量显著升高(P<0.05);葡萄糖摄取受限导致调控能量代谢关键基因AMPK在mRNA、蛋白和磷酸化修饰水平均显著升高(P<0.05),同时促进与脂肪酸摄取与合成代谢相关的CD36和ATGL等基因表达上调(P<0.05);慢速氧化型肌纤维(I型)和快速氧化型肌纤维(IIa型)相关基因表达极显著升高(P<0.01),而快速酵解型纤维(IIb型)相关基因表达显著降低(P<0.05)。本研究结果显示,Glut4葡萄糖结合关键位点突变降低了骨骼肌和脂肪葡萄糖摄取能力,通过上调其它转运蛋白增加葡萄糖摄取;激活AMPK信号通路及分泌肌细胞因子调控脂肪分解以满足能量需求;促进线粒体丰富的氧化型肌纤维生成以提高能量利用效率。Glut4突变不仅可以为骨骼肌胰岛素抵抗提供有效的动物模型,还可以为家畜生物育种提供基因编辑参考位点。

• 单位
  中国农业科学院北京畜牧兽医研究所; 华中农业大学