RNA-seq揭示瘦素受体缺乏相关非酒精性脂肪肝病运动干预的潜在分子机制
作者单位：武汉体育学院运动医学院
会议名称：《第八届中国体育博士高层论坛》
会议日期：2023年
学科分类：0403[教育学-体育学] 040302[教育学-运动人体科学(可授教育学、理学、医学学位)] 04[教育学] 1002[医学-临床医学] 100201[医学-内科学(含：心血管病、血液病、呼吸系病、消化系病、内分泌与代谢病、肾病、风湿病、传染病)] 10[医学]
关 键 词：高通量基因组测序 非酒精性脂肪肝病 运动 瘦素受体缺乏
摘 要：目的:非酒精性脂肪病(Non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)是一种多因素的综合性疾病,与机体代谢异常有关。据研究报道,瘦素受体是调节体重、代谢稳态如脂质、糖代谢和免疫应答的重要因素。瘦素受体突变作为一种常染色体隐性遗传模式,与肥胖、糖尿病、脂肪肝等代谢性疾病密切相关。因此,瘦素受体缺失(db/db)小鼠被大量用于肥胖、Ⅱ型糖尿病和NAFLD的研究。然而运动干预过程中db/db小鼠肝脏的基因测序研究尚未见报道。因此本研究通过分析8周跑台运动对db/db小鼠肝脏形态学、mRNAs和miRNAs的影响,构建miRNA-mRNA网络,以探索运动干预过程中NAFLD的db/db小鼠的生物标志物和潜在特征。方法:8周龄SPF级db/db雄性小鼠随机分为安静(S)组和运动(E)组,db/m小鼠作为对照(C)组,每组8只。所有小鼠进行为期8周的干预:E组小鼠进行每周5天的跑步训练,每个训练日以10 m/min的速度跑步40 min;C组和S组则不训练。所有小鼠在8周干预结束后禁食12 h并以15 mg/100g体重剂量施以0.25%三溴乙醇麻醉,采集肝脏进行HE、油红O染色并进行非酒精性脂肪肝活动度评分(NAS)评估。此外对肝脏进行miRNA和mRNA测序并分析,以建立瘦素受体缺乏小鼠肝脏的mRNA和miRNA表达谱。结果:(1)肝脏HE和油红O结果显示,db/db小鼠发生严重的脂肪肝(NAS为4.40-5.82),表现为脂肪变性,肝小叶气球样变和炎症浸润。而相比S组,运动可以显著降低NAS评分(2.06-3.94,p0.01),并且显著抑制了脂滴在肝细胞中的沉积(p0.01)。(2)将肝脏的miRNA和mRNA测序结果标准化后,筛选C与S组、S与E组共同差异表达(co-DE)mRNAs和miRNAs(|FlogChange|≥1.5,p0.05)。通过TargetScan和miRDB预测co-DE miRNAs的靶基因,发现6个co-DE miRNAs和47个co-DE mRNAs有相互作用。结果发现,运动可能通过逆转疾病状态下miR-5099、miR-128-1-5p、miR-1194、miR-3073a-5p、miR-340-3p和miR-1191a的异常表达,使mRNA如Cebpb、Itgb3、Zbtb16、Fkbp5、Dusp14、Arntl2和Foxa1等恢复到正常水平。(3)此外,本研究使用DAVID数据库对co-DE mRNAs进行GO功能和KEGG通路分析发现,瘦素受体缺失通过影响凋亡、PPAR(过氧化物酶体增殖物激活受体)和p53信号通路,从而抑制肝脏内脂质、碳水化合物、谷胱甘肽和核苷酸的代谢功能。相反,运动则通过调节细胞凋亡、NF-κB、MAPK和toll样受体信号通路,改善细胞周期、凋亡过程、炎症和Notch信号通路。结论:运动作为营养相关NAFLD的重要治疗手段,对瘦素受体缺乏相关NAFLD也有治疗作用。RNA-seq结果发现运动可能通过调控疾病状态下异常表达的miR-5099、miR-128-1-5p、miR-1194、miR-3073a-5p、miR-340-3p和miR-1191a实现对NAFLD的改善作用,其主要通过细胞凋亡、NF-κB、MAPK和Toll样受体信号通路调控db/db小鼠的NAFLD进程,表现为肝细胞脂质沉积减少、肝细胞气球样变和炎症浸润的改善。