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10分文章！轉(zhuǎn)錄組+16S助力解析鄰苯二甲酸二酯對(duì)成年小鼠糖、脂代謝影響的潛在機(jī)制

2022-07-26

《Science of the Total Environment》

影響因子：10.75

文章題目：Di-(2-ethylhexyl) phthalate increases plasma glucose and induces lipid metabolic disorders via FoxO1 in adult mice

技術(shù)手段：RNA-Seq、16S rRNA，qRT-PCR等

派森諾生物與哈爾濱工業(yè)大學(xué)攜手合作，在《Science of the Total Environment》上發(fā)表了DEHP可通過(guò)FoxO1增加成年小鼠血糖并誘導(dǎo)脂質(zhì)代謝紊亂的研究成果。

研究背景

鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）是世界上應(yīng)用最廣泛的內(nèi)分泌干擾物之一，DEHP主要用作增塑劑。然而，DEHP易從產(chǎn)品中泄漏，通過(guò)吸入、皮膚吸收和食物鏈在人體中積累，并在非特異性酶催化下迅速轉(zhuǎn)化為主要活性代謝物，即鄰苯二甲酸單（2-乙基己基）酯（MEHP）。

已有研究表明DEHP會(huì)導(dǎo)致代謝紊亂，主要是不受抑制的糖異生，脂質(zhì)合成以及腸道菌群失調(diào)。然而，DEHP對(duì)成年小鼠代謝毒性的影響機(jī)制尚不清楚。因此，本研究的主要目的是檢測(cè)成年期小鼠DEHP暴露后的糖和脂代謝變化，并探討其潛在機(jī)制。

技術(shù)路線

研究結(jié)果

1、DEHP和MEHP誘導(dǎo)肝細(xì)胞糖脂代謝異常

將不同濃度的DEHP和MEHP對(duì)培養(yǎng)48 h的人肝源細(xì)胞系L-02進(jìn)行處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DEHP和MEHP會(huì)顯著增加糖異生現(xiàn)象，并上調(diào)甘油三酯（TG）、總膽固醇（TCHO）和低密度脂蛋白（LDL-C），但對(duì)高密度脂蛋白（HDL-C）水平無(wú)影響（1a）。MEHP處理將對(duì)肝細(xì)胞糖異生以及脂質(zhì)代謝的關(guān)鍵基因的mRNA水平以及蛋白水平產(chǎn)生顯著影響（1d-g），而FoxO1抑制劑AS1842856可以顯著降低這種影響。

圖1 MEHP誘導(dǎo)L02細(xì)胞系糖脂代謝異常

2、投喂DEHP使小鼠血糖升高，并破壞肝臟的脂質(zhì)代謝

DEHP將導(dǎo)致小鼠第12周血糖較對(duì)照組顯著升高（圖2a），在DEHP- H組中，丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（ALT）活性顯著升高，但兩種濃度的DEHP處理均不影響谷草轉(zhuǎn)氨酶（AST）活性（圖2f），表明慢性DEHP暴露可促進(jìn)肝功能障礙。切片顯示實(shí)驗(yàn)組出現(xiàn)嚴(yán)重的脂滴空泡化和肝損傷（圖2g），DEHP-H組更為嚴(yán)重。這些結(jié)果表明DEHP暴露會(huì)導(dǎo)致成年小鼠血糖水平升高和肝脂代謝異常。

圖2 DEHP暴露使小鼠血糖升高，肝脂代謝紊亂

3、DEHP促進(jìn)小鼠肝臟糖異生和依賴FoxO1的脂質(zhì)積累

對(duì)DEHP-H組和對(duì)照組的肝臟細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析顯示，DEHP-H存在515個(gè)顯著差異表達(dá)基因（圖3a-b）。KEGG通路分析顯示，這些差異表達(dá)基因在脂肪酸代謝、糖酵解/糖異生、胰島素信號(hào)通路和AMPK信號(hào)通路中富集（圖3c）。DEHP暴露導(dǎo)致糖異生和脂肪合成關(guān)鍵基因表達(dá)上調(diào)，包括FoxO1、PEPCK、PGC1β、SREBP1c、FASN、ACC1和CYP7A1（圖3d, e），AKT和AMPK的磷酸化水平明顯降低（圖3f，h），這些結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證DEHP損害胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

通過(guò)查閱文獻(xiàn)，在轉(zhuǎn)錄組中發(fā)現(xiàn)FoxO1在糖代謝以及脂質(zhì)代謝中均發(fā)揮重要作用，結(jié)合qRT-PCR以及FoxO1抑制劑AS1842856處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作者認(rèn)為FoxO1在DEHP誘導(dǎo)的糖異生和脂質(zhì)積累中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

圖3 DEHP暴露促進(jìn)小鼠肝臟糖異生和依賴FoxO1的脂質(zhì)積累

4、DEHP改變了細(xì)菌種類的相對(duì)豐度和組成

為了探究DEHP對(duì)小鼠腸道微生物的影響，作者進(jìn)行了16S rRNA測(cè)序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DEHP-H處理組微生物群落的alpha多樣性顯著降低（圖4a）。PCoA證實(shí)DEHP處理會(huì)導(dǎo)致腸道菌群多樣性改變（圖4b）。在門水平上，DEHP-H組藍(lán)藻Cyanobacteria的相對(duì)豐度顯著增加（圖4c-d）。在屬水平上，DEHP-H中擬桿菌Bacteroides顯著減少，Allobaculum增加（圖4e-f）。LEfSe分析顯示，從門到屬水平，DEHP-H組與對(duì)照組在29個(gè)特征上存在顯著差異（圖4g-h），表明DEHP-H介導(dǎo)的腸道菌群失調(diào)。

圖4 DEHP暴露通過(guò)16S rRNA測(cè)序影響腸道菌群內(nèi)穩(wěn)態(tài)

5、二甲雙胍和恩他卡朋通過(guò)抑制FoxO1以逆轉(zhuǎn) DEHP引起的小鼠血糖和肝脂代謝異常

向DEHP實(shí)驗(yàn)組小鼠中投喂二甲雙胍或恩他卡朋可顯著降低血糖、緩解肝脂積累和肝損傷（圖5a, e）。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)二甲雙胍處理會(huì)導(dǎo)致AKT和AMPK磷酸化水平升高，FoxO1表達(dá)降低，并導(dǎo)致PEPCK和G6PC表達(dá)下調(diào)（圖6a, b, e）。此外，二甲雙胍抑制PGC1β、SREBP1c和FASN表達(dá)（圖6c-d），增加了CYP7A1的表達(dá)（圖6c-e），因此，二甲雙胍可通過(guò)改善胰島素抵抗和抑制FoxO1表達(dá)來(lái)減少DEHP誘導(dǎo)的肝臟糖異生和脂質(zhì)積累。同時(shí)，恩他卡朋處理會(huì)顯著降低FoxO1、PEPCK和G6PC表達(dá)以及上調(diào)CYP7A1的表達(dá)（圖6a-d）。作者認(rèn)為恩他卡朋特異性調(diào)控FoxO1表達(dá)，改善DEHP誘導(dǎo)的肝臟糖異生和脂質(zhì)積累，對(duì)脂質(zhì)合成有微弱的抑制作用。

圖5 二甲雙胍或恩達(dá)卡彭使DEHP誘導(dǎo)的小鼠血糖和肝脂代謝正常

圖6 二甲雙胍或恩達(dá)卡彭使DEHP誘導(dǎo)的小鼠血糖和肝脂代謝正常

研究結(jié)論

綜上所述，DEHP暴露對(duì)成年小鼠和肝細(xì)胞的血糖和肝脂代謝有不利影響。FoxO1過(guò)表達(dá)被認(rèn)為是肝臟糖異生和脂質(zhì)積累的分子機(jī)制，抑制FoxO1可以逆轉(zhuǎn)DEHP造成的破壞。此外，小鼠腸道菌群失調(diào)與DEHP引起的代謝紊亂有關(guān)，改善腸道微生物組成可有效緩解DEHP引起的紊亂。上述的研究結(jié)果有力地驗(yàn)證了FoxO1在DEHP引起的糖和脂代謝紊亂中的關(guān)鍵作用（圖7）。本研究填補(bǔ)了DEHP對(duì)成年小鼠不良代謝影響的認(rèn)識(shí)空白，為進(jìn)一步研究DEHP對(duì)人類健康的影響提供了重要的基礎(chǔ)。

圖7 DEHP暴露小鼠糖脂代謝異常的潛在機(jī)制示意圖

本研究的轉(zhuǎn)錄組與16s的測(cè)序和數(shù)據(jù)分析工作由上海派森諾生物科技有限公司完成

原文索引：

Xiangjuan Wei, Daqian Yang, Boya Zhang, Xingpei Fan, Haining Du, Ruijiao Zhu, Xiaotong Sun, Meimei Zhao, Ning Gu, Di-（2-ethylhexyl） phthalate increases plasma glucose and induces lipid metabolic disorders via FoxO1 in adult mice,Science of The Total Environment,Volume 842,2022,156815,ISSN 0048-9697,https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.156815.

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