长光照上调雄性黑线仓鼠哈氏腺原卟啉水平的分子机制及效应
作者单位：曲阜师范大学
学位级别：硕士
导师姓名：徐金会
授予年度：2024年
摘 要：光周期是温带地区动物季节性节律的重要调控因素,能引起动物器官形态结构、生理活动及物质分泌的变化。哈氏腺具有光保护器、作为视网膜-松果体轴的一部分参与季节性繁殖调控等功能。卟啉是一类内源性的光敏物质,其中原卟啉Ⅸ(Protoporphyrin Ⅸ,PPLX,后文简称原卟啉)作为合成血红素的前体广泛分布于动物的血液以及各种器官。哈氏腺中的卟啉主要为原卟啉,且哈氏腺自身可以合成原卟啉。ALA合成酶(δ-aminolevulinate synthase,ALA-S)是原卟啉合成过程中的关键限速酶,原卟啉原氧化酶(protoporphyrinogen oxidase,PPO)催化形成PPIX,并通过亚铁螯合酶(ferrochelatase,FECH)催化转化为血红素。哈氏腺中的原卟啉在光照下会被激发产生活性氧(reactive oxygen species,ROS),ROS过多会对机体造成损伤。哈氏腺是一种在累积大量卟啉的情况下还可以维持腺体正常生理功能的独特器官。因此,光照产生ROS与哈氏腺累积卟啉但不发生病变之间一定存在某种未知的调控机制。为了探究光周期对哈氏腺原卟啉水平的影响及调控机制,我们以黑线仓鼠(Cricetulus barabensis)为实验动物,检测了不同光周期(长光照,LD;短光照,SD)处理后哈氏腺的原卟啉水平、原卟啉合成转化相关酶活性水平、睾酮水平、褪黑素水平;同时我们还检测了哈氏腺的氧化应激水平、自噬水平、凋亡水平及增殖水平变化,用于探究不同光周期下黑线仓鼠哈氏腺应对不同原卟啉水平的机制。该研究可为深入解析哈氏腺的结构和功能提供理论基础。 结果表明:(1)LD组的哈氏腺睾酮含量显著高于SD组,但褪黑素含量显著低于SD组。(2)LD组的原卟啉含量显著高于SD组。LD组的ALA-S活性显著高于SD组,PPO活性在两组中没有显著性差异,LD组的FECH活性显著低于SD组。以上结果显示长光照下褪黑素水平的降低使ALA-S活性水平升高,同时,FECH活性水平降低,两者共同导致了哈氏腺中原卟啉水平增加;短光照下褪黑素水平的升高抑制了 ALA-S活性,使原卟啉合成减少。(3)H2O2水平在两组中没有显著性差异,但LD组的MDA水平显著高于SD组。因此,LD组的氧化应激水平高于SD组。LD组的抗氧化酶SOD活性显著低于SD组,GPx活性在两组中没有显著性差异,LD组的总抗氧化能力显著低于SD组。结果提示,长光照下原卟啉水平的升高使氧化应激水平升高;短光照下原卟啉水平的降低及抗氧化酶活性的增加使氧化应激水平降低。(4)透射电镜结果显示LD组的自噬体数量高于SD组。免疫荧光结果显示LD组的LC3相对荧光强度显著高于SD组,P62的相对荧光强度显著低于SD组。WB结果显示LD组的LC3-Ⅱ与LC3-Ⅰ的比值显著高于SD组,P62的蛋白表达水平在两组之间没有显著性差异,LD组的Beclin1蛋白表达水平显著高于SD组。因此,LD组的自噬水平高于SD组。(5)透射电镜结果显示SD组的哈氏腺细胞核发生皱缩现象;LD组细胞核形态正常,没有发生皱缩现象。TUNEL结果显示SD组的DNA片段化水平显著高于LD组。WB结果显示SD组的Bax与Bcl2的比值显著高于LD组。并且SD组的Caspase-3活性显著高于LD组。即SD组的凋亡水平高于LD组。(6)免疫荧光结果显示Ki67的相对荧光强度在两组中没有显著性差异,即两组的细胞增殖水平没有显著性差异。 综上所述,不同光周期下原卟啉水平及调控机制具有差异并且与氧化应激、自噬、凋亡水平密切相关。雄性黑线仓鼠哈氏腺中原卟啉的累积会受到光周期的影响。光照时长可能通过褪黑素的介导,调控哈氏腺中相关酶的活性,从而控制原卟啉含量。长光照下褪黑素水平的降低使ALA-S活性水平升高,加上FECH活性水平的降低,使哈氏腺中原卟啉水平增加,在促进光保护的同时也导致氧化应激水平升高;而自噬水平的升高可能有助于缓解氧化应激水平升高带来的损伤。研究结果有助于理解光周期对小型哺乳动物器官生理活动、物质累积的影响,也为卟啉病的治疗提供新思路。值得注意的是,提高自噬水平或许可以作为一种治疗方式,以减少原卟啉累积造成的损伤;使用褪黑素或许也可以作为一种治疗方式直接降低原卟啉水平。
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