高脂膳食性氧化應(yīng)激對(duì)鈣代謝的影響及其分子機(jī)制.pdf

1、隨著生活水平的提高,城鄉(xiāng)居民的膳食結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化,膳食中油脂的比例不斷增多。能量攝入的增加,體內(nèi)能量代謝旺盛,其副產(chǎn)物ROS也隨之增加,可誘發(fā)機(jī)體氧化應(yīng)激。氧化應(yīng)激又是許多疾病發(fā)病過程中共同的作用機(jī)制,如:骨質(zhì)疏松癥等。血脂代謝紊亂人群中骨質(zhì)疏松的發(fā)病率高于正常人群,特別在老年人中骨質(zhì)疏松癥的發(fā)病率超過60％?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)雌激素缺乏引發(fā)氧化應(yīng)激在骨質(zhì)疏松發(fā)生過程中發(fā)揮了重要的作用,但目前未見營養(yǎng)性氧化應(yīng)激對(duì)鈣代謝異常作用的研究,也鮮有其

2、分子機(jī)制的報(bào)道。本文旨在探討高脂膳食性氧化應(yīng)激及抗氧化劑硫辛酸干預(yù)對(duì)鈣吸收和骨代謝的影響及其分子機(jī)制。
　　 1.氧化還原狀態(tài)對(duì)鈣吸收機(jī)制的影響
　　 C57BL/6雄性小鼠隨機(jī)分為四組(每組8只):對(duì)照組(2％豬油、0.65％Ca)；高脂組(HFD、19.5％豬油、0.7％Ca):硫辛酸干預(yù)組(HFD+0.1％LA、0.7％Ca)；鈣補(bǔ)充組(HFD+CS,1.6％Ca),飼養(yǎng)9wk。結(jié)果顯示高脂膳食導(dǎo)致腸鈣吸收和骨鈣含

3、量減少,且引起十二指腸氧化應(yīng)激、使氧化還原狀態(tài)失衡。硫辛酸干預(yù)和膳食鈣補(bǔ)充對(duì)鈣吸收和抗氧化能力等可部分或完全恢復(fù)至對(duì)照組水平。相關(guān)性分析表明鈣凈吸收率與十二指腸ROS水平呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.729,P＜0.01),與GSH/GSSG比值呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(r=0.805,P＜0.01),但與膳食脂肪含量無顯著相關(guān)(P＞0.05)。此外,HFD組小鼠十二指腸中calbindin-D9K、PMCA(plasma mernbrance ca

4、lcium ATPase)、NCX(sodium-calcium exchanger)基因表達(dá)分別下調(diào)1.9、2.7、1.5倍。而HFD組血漿中鈣三醇水平和十二指腸中VDR基因表達(dá)水平均顯著高于對(duì)照水平。以上結(jié)果表明高脂膳食引發(fā)十二指腸氧化還原狀態(tài)失衡,抑制鈣吸收相關(guān)基因的表達(dá),從而抑制腸道鈣吸收。
　　 2.高脂膳食性氧化應(yīng)激對(duì)骨代謝的影響
　　 C57BL/6雄性小鼠隨機(jī)分為三組(每組9只):對(duì)照組；高脂組；硫辛酸干

5、預(yù)組,飼養(yǎng)13wk,探究高脂膳食是否會(huì)引起骨組織氧化應(yīng)激,以及高脂膳食性氧化應(yīng)激與異常骨代謝之間的關(guān)系。結(jié)果顯示高脂膳食引發(fā)骨組織抗氧化能力受損,氧化損傷指標(biāo)MDA顯著增加,氧化還原狀態(tài)呈現(xiàn)向氧化態(tài)的轉(zhuǎn)變。高脂膳食導(dǎo)致骨代謝異常--抑制骨形成且刺激骨再吸收。此外,HFD組小鼠血漿中IGF-1水平顯著低于對(duì)照組,而TNF-α水平顯著高于對(duì)照組。硫辛酸的干預(yù)可完全或部分恢復(fù)上述指標(biāo)至對(duì)照水平。骨組織中GSH/GSSG比值與骨形成指標(biāo)P1CP

6、呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(r=0.565,P＜0.003),與骨再吸收指標(biāo)NTx呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.786,P＜0.001)。相反,脂質(zhì)過氧化物指標(biāo)MDA與P1CP呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.687,P＜0.001),與NTx呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(r=0.516,P＜0.007)。以上結(jié)果提示高脂膳食可造成骨組織抗氧化能力減弱、氧化還原狀態(tài)失衡。骨組織的氧化還原狀態(tài)失衡可能是發(fā)生高脂膳食性骨質(zhì)疏松重要的作用機(jī)制。
　　 3.高脂膳食性骨代謝

7、異常的分子機(jī)制
　　 通過分析小鼠股骨(近端)基因表達(dá)譜的變化,更全面地闡述高脂膳食性骨質(zhì)流失以及抗氧化劑硫辛酸干預(yù)作用可能的分子機(jī)制。Affymetrix mouse430A表達(dá)芯片數(shù)據(jù)顯示骨形成相關(guān)的多數(shù)基因表達(dá)下調(diào)(如:COL1a1、ALP1、FOS),而骨再吸收相關(guān)的多數(shù)基因表達(dá)上調(diào)(如:NOX2、RANKL、CTSK等)。另外,參與抗氧化防御的基因表達(dá)也呈現(xiàn)下調(diào)趨勢(shì)(除NQO1上調(diào)),脂肪合成與脂肪酸氧化相關(guān)基因的表達(dá)

8、也呈現(xiàn)下調(diào)趨勢(shì)(如:PPARg和APOE等)。而硫辛酸干預(yù)可部分恢復(fù)骨形成相關(guān)基因的表達(dá),而骨再吸收、抗氧化和脂代謝相關(guān)多數(shù)基因的表達(dá)水平與對(duì)照組無顯著變化。
　　 此外,本研究也分析了涉及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)相關(guān)基因表達(dá)的變化。IGF能刺激成骨細(xì)胞增殖和增強(qiáng)骨形成作用,而芯片數(shù)據(jù)中IGF信號(hào)通路中多數(shù)基因表達(dá)下調(diào)(如IGF1、IGF1R、IGFBP4等)。P53負(fù)調(diào)控成骨細(xì)胞分化和骨形成作用,本研究中高脂膳食顯著上調(diào)P53凋亡通路中多數(shù)基

9、因的表達(dá)。另外,芯片數(shù)據(jù)中HFD組的TGFbR1和IL-17等基因表達(dá)強(qiáng)烈上調(diào),IL-4表達(dá)下調(diào),這些細(xì)胞因子可通過改變RANK/RANKL/OPG系統(tǒng)來調(diào)控破骨細(xì)胞的形成和骨再吸收的過程。上述信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因表達(dá)在硫辛酸干預(yù)下呈現(xiàn)恢復(fù)至對(duì)照水平的趨勢(shì)。
　　 以上結(jié)果表明HFD導(dǎo)致骨組織氧化應(yīng)激,促進(jìn)P53表達(dá),可能由此導(dǎo)致成骨細(xì)胞凋亡,抑制成骨細(xì)胞的骨基質(zhì)形成作用。而高脂膳食性氧化應(yīng)激又可促進(jìn)炎癥因子或其受體的表達(dá),RANKL

10、/OPG表達(dá)比值增加,促進(jìn)破骨細(xì)胞增殖,增強(qiáng)了骨再吸收的作用。
　　 4.氧化還原狀態(tài)對(duì)成骨細(xì)胞基質(zhì)礦化的影響
　　 通過400μM過氧化氫誘導(dǎo)MC3T3-E1細(xì)胞(小鼠成骨樣細(xì)胞)氧化損傷和硫辛酸的干預(yù),來探討氧化還原狀態(tài)對(duì)MC3T3-E1細(xì)胞基質(zhì)礦化的作用,并且進(jìn)一步闡述硫辛酸干預(yù)作用的機(jī)制。結(jié)果表明硫辛酸可有效防止過氧化氫導(dǎo)致MC3T3-E1細(xì)胞的氧化損傷,并且干預(yù)由氧化應(yīng)激導(dǎo)致NQO1基因的高表達(dá)。NQO1的高表