论文摘要
线粒体氧化磷酸化是由呼吸链在将电子传递给氧的过程中将质子从内膜基质转到内膜外,形成跨膜质子电动势（△P）,驱动ATP合成酶催化ADP和无机磷合成ATP。质子还可通过内膜上的另一质子通道——脱偶联蛋白（Uncoupling Proteins, UCPS）漏回到基质中,形成质子漏,降低△P,使氧化磷酸化脱偶联,减少ATP的生成,从而降低用氧效率,这部分氧耗为“无效氧耗”。高原缺氧时线粒体脱偶联增强,膜电位降低,能量生成减少,导致机体功能和代谢障碍。脱偶联蛋白4（Uncoupling Proteins 4,UCP4）和脱偶联蛋白5（Uncoupling Proteins 5,UCP5）是特异存在于哺乳动物脑组织中的UCPs家族成员,占脑中UCPs的84%以上。游离脂肪酸通过与UCPs分子构象中某些位点结合而促进棕色脂肪内UCP1,骨骼肌中UCP2和UCP3的活性,是潜在的UCP4、UCP5的激动剂。本实验通过棕榈酸脑组织块体外干预模型和棕榈酸游离脑线粒体干预模型,观察外源性游离脂肪酸对UCPs的活性和“含量”的影响及其在高原缺氧大鼠脑线粒体能量合成改变的作用,以探讨UCPs在缺氧大鼠脑线粒体能量生成和氧利用效率中的作用及调控机制。方法分别建立棕榈酸脑组织块体外干预模型和棕榈酸脑游离线粒体干预模型,在观察了棕榈酸对大鼠脑组织UCP4和UCP5 mRNA和蛋白表达的时效性影响以及对游离脑线粒体氧化磷酸化影响的时效性和量效性基础上,进一步探讨了棕榈酸对模拟高原缺氧大鼠脑UCPs表达、活性及其与线粒体呼吸氧耗和能量生成的关系。健康雄性SD大鼠暴露于模拟海拔5000米高原低压舱内,23h/d,分别连续缺氧3天（急性组）和30天（慢性组）,同时设立对照组。心脏取血后,分别在平原和模拟高原低压舱断头处死,取大脑半球,分别切成1～2×2～3mm2的组织碎块和直接分离线粒体,分别以100μmol/L的棕榈酸进行脑组织块体外干预和游离脑线粒体体外干预,以Clark氧电极法测定线粒体氧化呼吸活性,TPMP+电极与Clark氧电极结合测质子漏,寡霉素抑制法测定F0F1-ATP酶活性,罗丹明123法测定线粒体膜电位,高压液相色谱法分析脑组织线粒体内腺苷酸含量,[3H]-GTP结合法测定脑组织UCPs的活性。RT-PCR和Westernblot分别测定脑组织干预后UCP4、UCP5 mRNA和蛋白表达。同时,以铜离子法测定缺氧大鼠血清、脑组织匀浆液和线粒体内游离脂肪酸含量。结果1.100μmol/L的棕榈酸大鼠脑组织块体外干预时间达30min时,UCP4和UCP5 mRNA表达达其峰值,而蛋白表达亦显著升高,线粒体氧化磷酸化呼吸效率显著降低。棕榈酸大鼠游离脑线粒体体外干预,当浓度在0.1 mmol/L内,时间在1min内时与线粒体氧化呼吸存在量效关系。2.缺氧能增强大鼠脑组织UCPs活性,急性缺氧组Kd值降低41.24%,而Bmax值升高1.56倍。棕榈酸干预能进一步增加各组UCPs的活性,但使急性组增加幅度最低,Kd值仅下降13.96%,而Bmax则仅升高16.01%。3.缺氧使大鼠血清、脑组织匀浆、线粒体内游离脂肪酸含量升高,以急性组升高最明显,分别达到51.36%, 243.35%和69.49%,慢性组较急性组有所下降,但仍高于对照组。相关性分析显示,大鼠血清、脑组织、线粒体游离脂肪酸含量与反映UCPs活性的Kd值呈线性负相关,与反映UCPs“含量”的Bmax呈线性正相关（脑组织游离脂肪酸含量与UCPs活性的相关系数最高）。4.缺氧组脑线粒体ST3、RCR、OPR、P/O和MMP明显降低,ST4、质子漏则明显升高。棕榈酸可进一步增加各组呼吸氧耗和质子漏,降低MMP,其中对急性缺氧组的影响最小,ST3和ST4分别升高5.12%和38.69%,RCR、OPR和P/O分别升高24.64%、3.19%和3.96%,MMP仅降低6.91%。5.缺氧组脑线粒体F0F1-ATP酶活性、ATP含量、ATP/ADP和ATP/总腺苷酸比值显著降低,以急性组降低最显著,分别降低43.32%、27.79%、16.39%和28.67%。棕榈酸可使急性组总腺苷酸池（ATP+ADP+AMP）、（ATP+ADP）池含量分别降低30.90%和49.29%以及各组ATP/ADP均升高,且急性组升高163.04%;同时各组ATP/总腺苷酸池比值均降低,对照组、急性组能荷均分别降低36.91%和13.64%。6.缺氧组脑UCP4、UCP5mRNA和蛋白表达增高,其中急性组上调幅度最大,UCP4mRNA和蛋白表达分别为对照组的19.04倍和16.95倍,UCP5 mRNA以及蛋白则分别为对照组的2.17倍和4.71倍。棕榈酸体外干预进一步增强各组UCP4、UCP5mRNA和蛋白表达,但急性组升高幅度最小。结论1.棕榈酸可直接影响脑线粒体UCPs活性和UCP4和UCP5 mRNA和蛋白表达,增强质子漏和脱偶联呼吸,进而影响脑线粒体的氧化磷酸化功能,降低氧化磷酸化效率,且有时间和剂量依赖性。缺氧暴露在一定程度上可削弱棕榈酸促UCPs活性和含量的效能。2.缺氧可增加脑线粒体UCPs活性,以及UCP4、UCP5 mRNA和蛋白表达,与缺氧时血及脑内游离脂肪酸代谢改变有关。缺氧时游离脂肪酸升高——UCPs活性增强——解耦联——ATP生成下降为缺氧时脑能量合成障碍的中心环节。全文总结模拟高原缺氧暴露可使大鼠血清、脑组织及线粒体内游离脂肪酸含量升高,脑线粒体UCPs活性和含量增加,脑UCP4、UCP5 mRNA和蛋白表达增强,质子漏增强,膜电位降低,从而使“无效氧耗”增加,氧化磷酸化效率降低,线粒体能量合成减少;棕榈酸则可进一步升高缺氧大鼠脑线粒体UCPs活性与含量,增强脑UCP4、UCP5 mRNA和蛋白表达,从而增加质子漏,降低膜电位,增强脱偶联,具有降低氧化磷酸化效率和能量生成效率的作用。棕榈酸的这些作用与缺氧暴露有关,缺氧暴露可弱化棕榈酸的作用。实验揭示了模拟高原缺氧时游离脂肪酸——UCPs表达、含量及活性——线粒体呼吸氧耗——ATP生成之间的相互关系,提示游离脂肪酸——UCPs相互作用是缺氧时组织能量代谢障碍的重要环节之一。
论文目录
相关论文文献
- [1].基于UCPS标准的机组新型调节性能指标与应用[J]. 山东电力技术 2018(11)
- [2].基于UCPS评价标准的网源协同机组负荷频率控制策略[J]. 电力系统自动化 2016(22)
- [3].大鼠脑线粒体UCPs活性改变对缺氧过程中氧化磷酸化效能的影响[J]. 中国病理生理杂志 2008(11)
- [4].UCPs基因多态性与脂肪代谢的相关性研究[J]. 中国畜牧兽医 2010(08)