文摘
表征和生物作用的过氧物酶体proliferator-activated受体(PPAR)同形像在单胃的是众所周知的,但不是在反刍动物。然而,积累了大量的信息在十年多一点的时间反刍动物PPARs包括同形像组织分布、合成和天然受体激动剂,反应基因的目标,和因素影响他们的表情。在单胃的功能特征表明,PPAR同形像控制在脂类代谢相关基因的表达,抗炎反应,发展和增长。然而,与鼠标PPAR基因网络似乎控制牛奶在哺乳期反刍动物脂肪合成。在单胃的,PPAR同形像反刍动物被激活的长链脂肪酸,因此,使它们适合微调通过营养代谢在这个物种。在这方面,使用信息积累在反刍动物和单胃的,我们提出一个模型的PPAR isotype-driven生物功能包括奶牛的关键组织peripartal期间。
1。介绍
在人类、老鼠和老鼠,核受体(NR),包括PPARs,形成47-49的转录因子家族成员(1]。NR活性允许长期(小时天)控制新陈代谢,因为他们可以影响靶基因的mRNA表达,包括代谢酶(2]。因此,NR代表细胞的重要监管体系,组织和器官中扮演着中心角色代谢协调整个有机体。
过氧物酶体proliferator-activated受体(PPARs)最初确定的非洲爪蟾蜍青蛙(3)作为小说的NR成员诱导的过氧化物酶体增殖细胞,这一过程伴随着酰基辅酶氧化酶基因的启动子的激活(ACOX1)编码的关键酶,过氧化物酶病长链脂肪酸(LCFA)β氧化。的PPARα是第一个成员或同形像的PPARs被发现在哺乳动物肝脏的分子目标的搜索过氧物酶体扩散者(4]。这些化合物包括降血脂药药物,一类(如安妥明、非诺贝特或王寅- 14643),其主要作用是降低血三酰甘油(标记)和调节胆固醇浓度(5]。
PPAR的初始特征α(基因符号PPARA在人类和反刍动物)在成年小鼠显示肝脏中高度表达,肾脏和心脏4]。PPAR后不久α被发现,同形像PPAR吗γ(基因符号PPARG)和PPARβ/δ(基因符号PPARD克隆()3,6]。在单胃的,PPARA非常丰富的肝、肠、心脏、肾脏;PPARG丰富的脂肪和免疫细胞,而PPARD是广泛表达7,8]。PPAR在鼠标γ亚型γ1,γ2在白色和褐色脂肪组织,促进脂肪细胞的分化和脂质存储。虽然PPARγ2主要表达于脂肪细胞,PPARγ1表示在温和的水平也在其他细胞/组织(9]。PPAR的表达β/δ在小鼠和PPAR的密切α在大脑中表达的,是唯一的同形像6]。最近对老鼠的研究建立了,PPARβ/δ表示无所不在地全身骨骼肌丰富但大幅超过PPAR吗α或PPARγ(7]。
PPARs形式和功能与retinoid-X-receptor形成(RXR)。一旦配体结合(如LCFA,一类,thiazolidinedione (TZD))的配体结合域(精神的小黑裙),它产生的共价修饰PPAR结构(10NR)激活。激活PPAR / RXR绑定到一个特定的DNA序列(PPAR响应元素,PPRE)在特定的目标基因的启动子区域诱导或抑制其表达。的PPRE直接重复hexanucleotide (AGGTCA)由一个单核苷酸分开(即。DR-1)。PPAR DR-1为每个不同的同形像,从而赋予更大的或者更低强度PPAR / RXR复杂绑定PPRE和激活的强度11]。所有PPAR同形像的配位体浓度激活μ米或以下,至少在nonruminants [12- - - - - -14]。
2。PPAR在单胃的作用
PPAR的同形像在哺乳动物扮演多个角色。有大量的优秀的评论详细讨论这些方面(例如,2,5,15- - - - - -19])。其中,PPAR同形像扮演重要角色在调节脂质和糖代谢,控制炎症反应,调节组织修复和分化,和癌症进展。虽然对比角色,PPAR同形像影响血管的形成(20.]。的PPARγ关键是控制脂肪形成和骨之间切换17,21和胰岛素敏感性22),它有一个重要的神经保护作用[23]。同样,它是PPAR良好α在肝中起着至关重要的作用在线粒体脂肪酸分解代谢,过氧物酶体,微粒体(18]。的PPARβ/δ控制脂肪酸分解代谢在骨骼肌、心脏2]。PPAR的同形像都扮演着重要角色在生殖组织研究迄今为止(了24])。由于中发挥的重要功能PPAR同形像,PPARα和PPARγ长期以来被认为是有前途的药物靶点人类代谢紊乱调节脂质和/或葡萄糖稳态通过控制吸收,合成、存储和间隙(25]。
3所示。PPAR同形像反刍动物组织中表达
从发表的文献,利息PPAR同形像在反刍动物,特别是他们在脂类代谢的角色,一直温和nonruminants广阔的文学相比,包括人类。因此,信息在反刍动物蛋白质和基因表达丰度相对不足。为了帮助缩小这种差距的知识我们执行实时rt - pcr (qPCR)分析提供一个评估的相对分布PPAR同形像成人荷斯坦奶牛牛组织中(即。,three adipose depots, jejunum, liver, kidney, hoof corium, lung, placenta, and mammary), Holstein calves (semitendinosus muscle and rumen epithelium), longissimus muscle from Angus beef steers, and two cell lines obtained from adult bovines (Figure1(一))。数据显示,总体的相对分布PPAR同形像在牛组织/细胞类似于其它物种。
(一)
(b)
3.1。PPARγ
这PPAR同形像反刍动物的人类。我们的结果从qPCR分析(图1(一))表明,PPARG表达式是非常高的脂肪组织,其次是瘤胃、Madin-Darby牛肾细胞系(MDBK)和胎盘moderate-to-low mRNA表达在小肠,肉牛longissimus肌肉,蹄真皮,肺,乳腺。相比之下,最低的表达PPARG检测在肝、肾、奶制品小腿半腱肌肌肉,牛乳腺肺泡细胞系(MAC-T)和血多形核白细胞(中性粒细胞)(图1(一))。在早期研究牛PPARγmRNA表达(通过北部污点)特点是在多个组织(29日]。类似于我们的数据(图1(一)),一个更大的的表达PPARG中检测出脂肪组织其次是脾、肺和卵巢。虽然低,表情也发现乳腺和小肠。表达式没有在肝胰腺,几乎检测不到。在其他组织中表达很低或无法探测。的PPARG是脂肪组织中高度表达的老鼠6,人类9),和鸡肉30.),所有这些都同意相对高表达在牛脂肪组织(图1(一))。类似于鼠标(6,人类9,猪31日)、鸡肉(30.),和牛肉牛(32),的表达PPARG在牛肝、或其他组织如肾脏和肠道,很低(图1(一))。
我们之前和其他人发现的表达PPARG牛乳腺组织和MAC-T细胞系使用qPCR [26,33,34]。在最近的一项研究在我们实验室比较乳腺和MAC-T细胞之间的基因表达,前有更多的表达PPARG孕期和哺乳期(35]。相对较高的表达PPARG在MDBK细胞发现(图1)确认以前的观测36]。的表达PPARG检测也在山羊乳腺,尽管在一个显著的低水平相比,牛(37]。
的PPARG表示在牛胚胎发育的各个阶段(包括内部质量和滋养外胚层(38])和胎盘(子叶和阜)的牛39和羊40),明显表现在滋养层41]。叶黄素细胞(42和子宫43)表达PPARG,但不是牛子宫内膜细胞(44),而怀孕的母羊子宫内膜细胞表达这种NR (41]。的表达PPARG在羊卵巢确认(45)和相同的研究报告在下丘脑垂体但不表达。在以前的研究已经表明这种PPAR同形像在牛主动脉内皮细胞中表达的是46),肉牛骨骼肌(包括肌内脂肪)(47),绵羊的肌内脂肪(48),牛perimuscular preadipocytes [49),和牛视网膜的周50]。在几个肉牛品种,PPARG有类似的表达程度perirenal或网膜脂肪仓库,其次是肌内脂肪和,在一个小数量,longissimus肌肉(47,51]。
各种PPAR的表达γ同形像统计图在布法罗最近评估(52),发现被表达在所有组织测试:卵巢(卵泡和黄体素),乳腺,脂肪组织,肝、脾和肺。亚型的PPARγ1 a和1 b是卵巢组织中高度表达的脾脏和乳腺紧随其后,分别,而PPARγ2非常丰富的脂肪组织。
3.2。PPARα
这同形像与PPAR相比少了γ。牛的PPARα基因位于染色体5在牛53]。的qPCR分析相对mRNA的丰度PPARA强调,如老鼠(6,人类54),和猪31日),PPARA在肾脏很丰富(图1(一))。这个一般特性相反,即使PPARA鸡肝的表达水平低于肾、肝脏的表达式类似于其他组织(30.]。与什么是观察人类[54),我们的数据显示的相对丰度PPARA没有统计不同牛空肠和脂肪组织(图1(一))。图中的数据1(一)揭示了一个更广泛的表达这PPAR同形像在组织和细胞相比,评估PPARG。观察最高的表达在肾脏和肝脏脂肪组织,小肠,奶牛半腱肌肌肉。肉牛longissimus肌肉和乳腺有相对温和的表情PPARA其次是至少表达蹄真皮,肺癌、瘤胃,MDBK, MAC-T,中性粒细胞,胎盘(图1(一))。我们和其他人一直检测到表达PPARA在肝脏55- - - - - -60)和MDBK细胞中也证实了其活动(28,36,61年]。部分确凿的数据(图1中发现了),这PPAR同形像牛内皮细胞(62年),骨骼肌(63年],瘤胃[64年,子宫43,65年),中性粒细胞(66年]。类似于我们的数据,观察到最近在年轻利穆赞公牛PPARA表示在肝脏、脂肪和肌肉,以最大的表达式中观察到肝脏,其次是半腱肌肌肉,,然后,肌间的脂肪组织(32]。在母羊,其表达式中检测出表面妊娠早期子宫内膜和滋养层(41]。最后,表达PPARA是在羊的心67年]。
3.3。PPARβ/δ
至于nonruminants, PPARβ/δ是研究最少PPAR同形像也在反刍动物,很少有发布信息。qPCR分析的结果显示相对相似PPARD信使rna表达所有的组织和细胞评估(图141(一));然而,最大的表达在肾脏和胎盘其次是脂肪组织,瘤胃,和最低的MDBK细胞表达在蹄真皮,肝脏和骨骼肌(图1(一))。的相对分布PPARD牛组织/细胞中表达,虽然类似于鼠标(6),相当好奇的特别考虑其低表达在骨骼肌和标记表达式血液中性粒细胞,胎盘,和瘤胃组织,也就是说,组织可能不依赖LCFA氧化作为能量的来源。先前的研究已经观察到的表情PPARD在牛肝56),主动脉内皮细胞(68年),乳腺细胞(69年,70年],瘤胃[64年),和子宫43]。的PPARD也被证明是表达longissimusmuscle牛肉引导(47]和肤浅的子宫内膜和滋养层早期怀孕的母羊(41]。
3.4。之间的相对丰度PPAR在牛组织同形像
到目前为止,几乎没有一个完整的缺乏数据的直接比较文学PPAR同形像反刍动物组织中表达。一些可用的研究中,观察到肝脏的奶牛表达类似的PPARA和PPARD但不表达PPARG(44]。在最近的一项研究中,三个PPAR的表达同形像在肝脏和肌肉的牛肉牛评估,最大的表达式被观察到PPARA,紧随其后的是PPARG,最低的表达式PPARD在肝脏,最大的表情,观察肌肉PPARG(71年]。这个相对分布在组织有点类似我们的数据(图1 (b))。多是研究比较之间的信使rna丰富PPAR同形像牛细胞培养。这些表明,牛子宫内膜细胞表达PPARA和PPARD在相似的水平,而不是PPARG(44]。此外,牛主动脉内皮细胞表达PPARA和PPARG(46)和乳腺细胞表达PPARG和PPARD(69年]。
当之间的信使rna相对丰度三个PPAR同形像从牛(图在几个组织评估1 (b)),我们观察到的三个脂肪组织以及瘤胃MDBK细胞和胎盘有丰富的标记PPARD和PPARG相比之下,PPARA,而MAC-T细胞和中性粒细胞的特点是大量的PPARD但非常低丰度的另外两个PPAR同形像。至少,尽管丰度相对较低在体外,PPARγ似乎是在牛中性粒细胞功能(72年)和MAC-T细胞(26]。矛盾的是,鉴于其完善的功能在单胃的,很少有例外(即。、MDBK和肉牛longissimus肌肉),PPARD更丰富的PPARG,即使在三脂肪仓库(图1 (b))。的PPARA而不是更丰富的PPAR同形像在小肠,肝、肾、骨骼肌、蹄真皮,肺,乳腺(图1 (b))。
总的来说,在图的数据1描述一个分布的PPAR同形像,类似于其他物种,似乎强调每个PPAR的公认的生物作用同形像。例如,的表达PPARA更丰富的组织,LCFA氧化一般高(如肝脏和肾脏)和PPARG更丰富的脂肪生成的组织(例如,三个脂肪组织)。
4所示。序列同源性、三维结构和PPAR的激活α在牛、小鼠和人类
我们最近进行了一项在网上分析比较PPAR的氨基酸序列同源性α牛、小鼠和人类(28]。这个PPAR的分析显示90%以上保护三个物种之间的同形像,牛有整体同源性人类(94.9%)大于鼠标(91.2%)。当PPAR的四个领域α蛋白质比较,我们观察到保护氨基低A / B域包含ligand-independent激活函数(AF-1), 86%守恒的牛和人类和81%牛和鼠标之间(17),和最大的保护(即。100%)的dna结合域。后者表明的容量域的识别PPRE是物种之间高度保守的。这已经被老鼠的高响应能力证实PPRE转染时牛内皮细胞(73年]。
更大的同源性的小黑裙也是高度保守的牛与人类(98%)比用鼠标(92%)。保护的小黑裙和AF-1越低,这是常见的物种之间,可能表明PPAR的种间差异的敏感性α激活(17)和牛和人类之间的相似性大于牛和鼠标。令人惊讶的是,当30假定的PPAR的转录响应α目标基因的有效的和特定的PPARα受体激动剂王寅- 14643小鼠肝之间比较,人类肝脏,MDBK,我们观察到更多的基因具有共同响应之间的牛和鼠标(73%)比牛和人类(60%)(28]。尽管比较肝脏和肾脏细胞的限制,这些数据表明PPAR的保护程度良好α物种之间的反应。没有发表的研究比较PPARγ或PPARβ/δ反刍动物和nonruminant物种之间的反应考虑相同(或相似的)组织/细胞。试图比较PPAR的激活γ在奶牛乳腺和鼠标报道(见部分9.2。1)。
为了进一步研究PPAR的潜在差异α老鼠和牛之间进行在网上三维(3 d)公开的PPAR的结构分析α蛋白质序列(28]。校准分析确定一个总体高度的PPAR守恒α两个物种之间的氨基酸序列;然而,当PPAR的三维结构的重叠α执行两个物种,我们观察的小黑裙的重要空间结构上的差异。特别是残留Leu462 Tyr466的小黑裙在牛的结果在一个完全不同的空间位置与鼠标(图2)。表面的静电势可视化时,很明显,牛PPARα有一个总体上更加中性,特别是配体的口袋里,而高度带负电荷的鼠标PPAR吗α。这使得推断,更长、更饱和LCFA(即。,more neutrally charged and with a more straight configuration) might be more easily accommodated (Figure2),因此,可能更好的诱导牛。
(一)
(b)
然而,它已被证实的激活PPAR同形像高度依赖于A / B域而不是小黑裙(74年]。这最后的观察可以解释观察到的种间差异,考虑,A / B域名是least-conserved PPAR之间的物种之间以及同形像(见下文)。然而,这并不完全解释PPAR的结果比较α响应之间的牛、小鼠和人类(28因为A / B的保护域之间较低的老鼠和牛人和牛之间比,尽管在牛和鼠标响应之间的相似性越大牛和人类相比28]。
5。结构相似性PPAR同形像牛
大约80%的34个氨基酸残基的绑定腔三PPAR同形像(α,β/δ,γ人类和啮齿动物(的)是守恒的75年]。主要特点决定的配体特异性PPAR同形像似乎配体结合腔的拓扑结构;例如,PPARβ/δ空腔比PPAR窄得多α和PPARγ,从而无法满足庞大的极性头中发现thiazolidinedione (TZD) [75年,76年]。相比之下,TZD PPAR的有力配体γ。一旦进入空腔,配体的侧链(例如,氢,羧基组)与氨基酸残基相互作用达到一个稳定的配置。
在牛,三个PPAR同形像蛋白质保护整体较低,PPARα更类似于PPARβ/δ比PPAR (59%)γ(52%)(28]。三种蛋白质有很大程度上的保护DNA结合域(> 80%),但是一个低程度的保护在a / B域(< 21%)28]。的PPARα有更大程度的保护和PPAR的小黑裙吗β/δ比PPAR (71%)γ(64%)(28]。这最后的观察表明,在三个同形像,预期响应PPAR之间受体激动剂应该更相似α和PPARβ/δ因为它是在nonruminants [2]。这将意味着PPAR的激活α和PPARβ/δ可能会导致类似的结果,例如,脂肪酸分解代谢。
牛的3 d描述PPAR同形像表面显示不同配体的口袋(图2)[28]。的PPARα似乎有更大的口袋比其他两个PPAR同形像。此外,表面静电势的分析表明更大的PPAR负电荷γ比PPARα和PPARβ/δ,后者主要是带正电的。这些观察表明更大的PPAR的能力α绑定不带电和/或多个结构刚性的化合物。显然,这种推理只是投机。
6。反刍动物PPAR反应合成和天然受体激动剂
nonruminants PPAR激动剂的作用是测试在不同的模型使用在体外系统与特定的化验如Coactivator-Dependent受体配体试验(卡拉)18]或PPRE转染的萤火虫荧光素酶(例如,96年])。额外的分析现有的直接测量激活PPAR同形像核后隔离的存在PPRE固定化到细胞培养井的底部;然而,这样的化验没有为反刍动物(开发61年]。使用这些技术以更大的灵敏度、精度、和信实在反刍动物很少61年]。大多数在反刍动物进行的研究是基于测量的变化表达的基因或蛋白质治疗后PPAR isotype-specific受体激动剂。
6.1。反刍动物PPAR反应合成受体激动剂
今天有几种合成PPAR激动剂nonruminants [18]。其中最常用的是王寅PPAR - 14643和非诺贝特α受体激动剂和TZD PPAR罗格列酮γ受体激动剂。PPAR很少合成受体激动剂β/δ是已知的(例如,GW501516)。除了受体激动剂,几个对手已经开发,例如,PPARγ特定的拮抗剂GW9662 [97年和徽章98年),PPARα拮抗剂T0070907 [99年]和GW6471 [One hundred.),和PPARβ/δ拮抗剂GSK0660 [101年]和GSK3787 [102年]。特定的受体激动剂和拮抗剂的使用可能是一个有效的,虽然间接的方法来揭示的存在一个活跃的PPAR在细胞或组织同形像,PPAR目标基因。
网上补充表1(见补充材料http://dx.doi.org/10.1155/2013/684159)包含执行的研究总结到目前为止在反刍动物中使用特定的PPAR激动剂。从数据,很明显,大部分的研究处理牛一些的绵羊和山羊。大量的牛和牛内皮细胞进行了研究。这些细胞被广泛用作模型来研究内皮生理和病理,尤其是炎症状态与动脉硬化有关,也就是说,有一个明确的生物医学目的和不懂反刍动物生物学。综合这些研究建立PPAR在内皮细胞的重要角色46,92年,103年,104年]。特别是PPAR的激活γ和PPARα似乎对内皮保护作用(补充表1)。
第一项研究执行使用PPAR激动剂与一个明确的目标,了解反刍动物的生物学是在1998年由一个德国集团执行42)观察到PPARγ控制孕激素合成叶黄素细胞与奶牛隔离。后续研究的颗粒细胞羊证实PPAR的角色γ在控制合成孕激素(45]。
1998年,一群日本证明PPAR的激活γ是脂肪形成的中央从牛脂肪组织血管基质细胞的分化105年和肌肉纤维母细胞106年]。2001年,另一个日本公司证明在活的有机体内注入的PPARγ2受体激动剂,4-TZD部分逆转肿瘤坏死因子诱导的胰岛素抵抗α在乳制品引导。这种现象解释了PPAR的激活γ在脂肪组织107年]。一年后,一群研究人员从美联储PPAR的制药公司α受体激动剂王寅- 14643哺乳期山羊(108年]。作者报道肝的整体提升β氧化和芳香化酶活动的王寅- 14643和降低血液胆固醇(标签)的数值下降。不影响观察肝脏大小、牛奶成分,或肝细胞色素P450的内容。低的大小变化和治疗P450的意想不到的缺乏影响了作者认为山羊是PPAR弱应答α受体激动剂。
这两项研究在活的有机体内上面提到的PPAR关键动物实验室感兴趣,因为他们证明了PPARα在肝脏和PPARγ反刍动物脂肪组织的活跃和有可能扮演类似的角色,在单胃的监管β氧化的PPARα和调节脂肪形成和PPAR的胰岛素敏感性γ。此后,一些额外的在活的有机体内研究使用PPAR激动剂和农业的目标已经完成(补充表1)。最近,我们测试的影响口服PPAR的14天α氯贝酸受体激动剂在肝脏断奶乳制品小牛(78年)(参见补充表1)。治疗有几个预期的影响,如增加几个PPAR的表达式α目标基因(见部分7PPAR目标在反刍动物)的详细信息,但反应的大小低于通常观察到啮齿动物;因此,我们的结论是,对于工作上执行山羊、牛肝PPARα是一个弱应答而啮齿动物。
以上的观察从在活的有机体内研究反刍动物的弱反应可能是由于固有的消化生理的差异。与单胃的相反,在反刍动物饲料的消化是显著影响通过瘤胃微生物发酵的过程。以上研究评估的影响瘤胃PPAR激动剂。在这方面,它可能是有趣的测量受体激动剂的血药浓度。有趣的是,人类的PPAR同形像似乎也有较低的反应与啮齿动物(19]。它也可以,王寅- 14643,PPAR公认有效α受体激动剂在啮齿动物,没有强有力的反刍动物。符合这一点,我们观察到在牛细胞增加更大的PPAR的表情α目标基因的饱和LCFA相比,王寅- 14643 (28]。这些反应表明一种特异的PPAR感应和不同物种之间受体激动剂的效果。
期间获得的结果在活的有机体内日本组的研究上面提到的导致了一系列的在活的有机体内实验在怀孕和哺乳期奶牛82年,84年,109年,110年]。这些研究的目的是评估PPAR的影响γ激活在预防代谢问题的典型peripartal时期。具体的PPARγ受体激动剂2,4-TZD(通过注射)用于这个目的(补充表1),治疗4毫克/公斤BW每日2,4-TZD过去两到三周prepartum直到分娩NEFA产后最近大幅下降。这样的效果是归因于增强胰岛素敏感性和PPARG表达的脂肪。此外,治疗提高了整体代谢健康产后,反映在更高的采食量,降低肝脂质积累,更大的肝脏糖原含量。总的来说,数据也提出一种改进的生育率(即。,降低开放天)在牛处理2中,4-TZD。
这一系列的在活的有机体内以上实验报告(参见补充表1)是第一个证明PPAR亚型可以发挥关键作用在奶牛的生理机能和新陈代谢。它还凸显了混凝土微调的可能性PPAR同形像活动通过适当的治疗,以提高整体性能和健康的奶牛。
一个优雅的在活的有机体内最近在怀孕的羊研究执行涉及罗格列酮的注射> 10天开始胎儿的ca。术语(前25天81年]。实验表明,PPAR的激活γ有类似的影响胎儿的孕妇营养过剩,这是导致后代肥胖在晚年。例如,罗格列酮治疗增加脂蛋白脂肪酶和脂肪组织中脂联素的表达PPARA和PPARγ共激活剂1α(PPARGC1A)在胎儿肝脏(补充表1)。
几个在体外使用合成受体激动剂的研究已经证明激活PPAR同形像(γ除外)影响生育增加前列腺素的表达和/或生产,例如,前列腺素(PG) F2α,PGE2牛子宫内膜细胞(44,77年]。其他在体外研究是为了测试响应PPAR同形像在两个牛细胞系(MDBK和MAC-T)确定PPAR的目的α和PPARγ目标基因(26,28,36,61年]。除了目标基因,这些研究还发现了几种生物功能的PPAR在反刍动物同形像。例如,PPAR的激活γ在MAC-T细胞PPAR的罗格列酮提供了示范γ控制多个基因的表达被认为与牛奶脂肪合成(26]虽然PPAR的激活α控制脂类代谢的细胞和有机体的水平(即。,通过控制表达式的几个信号分子)[28]。
所有上述研究清楚地演示了PPAR的积极作用在反刍动物同形像。研究还证实,PPAR同形像可以被使用合成受体激动剂;然而,从实用角度来看,建议使用合成受体激动剂不是可行的,也就是说,由于高成本的发生。显然,可以绕过如果天然配体识别。
6.2。反刍动物PPAR应对自然受体激动剂
6.2.1。LCFA
PPARs伟大的兴趣领域的营养来源于绑定和被激活的能力(或抑制)LCFA或化学相关的衍生品(18,111年,112年]。
单胃的。在单胃的PPAR同形像很敏感脂肪酸,尤其是LCFA。虽然力量随每个PPAR同形像,最有力的PPAR内源性配体nonruminants亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸,也衍生品等花生四烯酸的白三烯B4 (LTB4)或PG (12]。一般认为是安全PPAR同形像在大多数单胃的物种研究到目前为止有一个更大的敏感性对不饱和比饱和(17,18]。然而,在nonruminants饱和和不饱和LCFA增强PPAR transactivation在体外(例如,(12,113年,114年])。
在活的有机体内数据已经被更多的变量和在某些情况下高膳食脂肪激活PPAR目标基因无论膳食脂质主要是多不饱和(PUFA),单不饱和或饱和(例如,(115年])。在细胞水平上研究内源性配体如自由LCFA或LCFA-CoA(即。,激活16:0 18:2n-6 18:3n-3和20:4n-6)已经证明(至少对于PPARα),这两种形式的FA展览(即高亲和力。,low nanomolar dissociation values) for the ligand-binding domain of PPAR [114年]。这一点很重要,因为在细胞核内的自由LCFA和LCFA-CoA浓度范围在120 - 500海里和8纳米,分别为(116年]。
从机械的角度来说是很重要的指出,足总结合蛋白(FABP,尤其是FABP1和FABP4)重要的是细胞内未激活的(即通道。,没有添加辅酶a组)LCFA不仅各种细胞器的核LCFA可以激活PPAR。FABP的重要作用运输LCFA进入细胞核的激活PPAR同形像首次报道在啮齿动物肝脏FABP1蛋白质的数量显著相关的transactivation PPAR在回应LCFA(亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸)以及其他化学配体(117年]。
反刍动物。据我们所知只有两个出版研究PPRE荧光素酶被用来测试激活PPAR同形像牛细胞(62年,68年]。在一项研究中,然而,只有PPAR的激活β/δ评估并没有LCFA测试。在另一项研究中PPAR的激活α由自由LCFA或油酸在牛主动脉内皮细胞(62年]。到目前为止LCFA反刍PPAR活动的影响是通过测量评估主要以间接的方式的变化添加特定LCFA后目标基因的表达。这个模型有一定的局限性,一个是能力LCFA绑定并激活其他转录因子(TF)。除了PPARs,也肝核转录因子4 (HNF4α)、肝X受体(LXR)和RXR可以绑定LCFA,见人类、老鼠和老鼠(118年];然而,在这些物种LXRβ和RXRα似乎被自然LCFA而PPAR弱激活α,PPARβ/δ,PPARγ强烈激活(119年]。PPAR的更大的敏感性相对于其他特遣部队提供了一些支持使用目标基因表达作为评估代理激活PPARs LCFA。间接方法的另一个限制是无法区分之间的激活PPAR同形像。使用上面的间接方法是证明反刍动物PPAR被激活了生理相关LCFA(表1)。
LCFA实验在反刍动物主要是执行和MAC-T MDBK细胞和关注PPARα和PPARγ(26,28,36,61年]。在这两种细胞类型LCFA明显诱导表达的基因之前显示使用特定受体激动剂(王寅- 14643和罗格列酮)是PPARα和PPARγ目标基因(见表2和部分7详情)。饱和的效力大于不饱和LCFA。特别是MDBK细胞中我们观察到较弱的感应目标基因的未饱和的程度增加(28]。首先观察到棕榈酸和硬脂酸诱导PPAR的很强的转录激活α和PPARγ目标基因(26,28]。这些数据暗示PPAR在反刍动物的进化适应响应饱和LCFA,最丰富的LCFA在反刍动物的循环系统(120年,121年]相对于单胃的122年,123年由于广泛的不饱和LCFA瘤胃加氢)。然而,我们的研究表明,LCFA激活基因表达不仅通过PPAR同形像,而且其他特遣部队,可能上面提到的,甚至其他未知的特遣部队(28]。这一点,以及辅活化因子的作用和它们的相对丰度(76年,值得进一步调查,以选择最合适的混合物更有自信的LCFA调制在反刍动物的新陈代谢。
因为细胞内LCFA池是饱和和不饱和LCFA,有趣的是,PPARγ(或者其他PPAR同形像)能够同时绑定两个LCFA,至少在单胃的124年]。这表明可能存在一种机制,组成细胞溶质的LCFA规定响应的“力量”,也就是说,两个LCFA同时可以允许PPAR结合的能力γ给一个分级响应的不同组成细胞内LCFA池(124年]。
6.2.2。葡萄糖
除了LCFA,也报道了葡萄糖结合并激活PPARα在鼠标连接葡萄糖和脂类代谢125年]。这在反刍动物还没有得到证实;然而,它已经表明,反刍PPARβ/δ结合并激活葡萄糖(68年]。具体地说,它是在牛内皮细胞,当PPAR演示β/δ激活葡萄糖,它会使葡萄糖运输为了防止高血糖。
6.2.3。其他天然受体激动剂/拮抗剂
与nonruminants, PPARγ在牛血管内皮和乳腺细胞激活PGJ2 [46,69年]。的PPARγ由氧化应激抑制及其表达减少中间H2O2在牛内皮细胞(94年,126年]。一氧化氮是一种抑制剂,因为它的表达下降PPARGC1A,一个已知的PPARγ目标基因(94年]。这种化合物的表达下降PPARGC1A在第一次治疗后12 h,但增加同样的基因的表达在长期(> 24小时)127年]。表达的增加PPARGC1A被证明是至关重要的,从氧化应激的保护机制127年]。在牛关节软骨细胞,氧化低密度脂蛋白的存在增加了血管内皮生长因子(VEGF)的表达通过PPARγ(128年]。
7所示。在反刍动物PPAR同形像目标基因
在一些我们的研究中,PPAR的总体响应α和PPARγ在牛细胞是强有力的和一致的26,28,61年,129年]。这些研究可以发现几个bovine-specific PPARα目标基因(表2PPAR),和一些已经建立α目标在其他物种。在bovine-specific PPARα目标基因,骨桥蛋白(SPP1)基因在表达大量增加王寅- 14643治疗后在牛肾细胞(28)与所观察到的在人类和小鼠130年,131年]。牛之间、人类和老鼠,只有67%的假定的PPARα目标基因测试以类似的方式回应,暗示导致的PPAR的响应(28]。
PPAR的激活α王寅- 14643导致增加一般包括几个参与脂质合成脂类代谢相关基因,如油脂1 (LPIN1)和固醇调节元件结合转录因子1 (SREBF1)[28]。有趣的是,这两个基因的表达没有诱导在先前的研究使用相同的模式61年]。这两项研究的唯一区别是后者的增加胰岛素(28]。支持一个潜在的重要作用的胰岛素PPAR激活,与MDBK在最近的一项研究中,我们观察到一个更快的响应PPAR的表达式α目标基因后的胰岛素(61年]。因此,在牛胰岛素似乎必不可少的PPAR激活但可能更重要的一些基因(例如,LPIN1和SREBF1与肉碱palmitoyltransferase 1 (CPT1A))(28,61年]。
表达的增加SREBF1王寅MDBK - 14643的研究也可能是由于PPAR的激活γ因为我们发现PPAR的激活γ与罗格列酮的表达增加SREBF1在MAC-T细胞(26]。PPAR的激活γMAC-T细胞似乎强劲(26];然而,使用10μM TZD 12 h MDBK细胞并不影响表达的基因测试使用微阵列技术,表明PPAR的活动γ在MDBK极低或不存在的(Bionaz等人未公开的数据)。这个观察是有趣的考虑到整体的表达PPARG在MDBK与其他组织/细胞相比相对较高(图1(一)),高于PPARA(图1 (b))。此外,PPAR的响应α受体激动剂一直在这些细胞(28]。因此,它不能排除,表达的增加SREBF1后添加王寅PPAR - 14643是由于完全α激活。
编制数据表和其他团体2表明,有一些不一致的响应之间的目标基因的组织或细胞,甚至相同的组织/细胞之间。这并不奇怪,几个条件可以改变PPAR的活动同形像,例如,上面提到的胰岛素。然而,另一个重要因素,可以解释不同的细胞类型之间的反应或实验的丰度和活动coregulators [132年]。
从数据可以看到一些意想不到的发现报道在表2。例如,行之有效的PPARγ目标nonruminantsFABP4(133年]似乎没有受到激活PPAR的影响γ在反刍动物,至少在MAC-T细胞(26),但被激活的PPAR诱导α在MDBK细胞(28]。研究在肌内脂肪的牛肉进行引导,这是观察到一个非常高的表达之间的相关性FABP4和PPARG建议的依赖FABP4从PPAR表达式γ(80年]。与这样的观察,在最近的一项研究怀孕过分供给与正常喂奶牛能量,没有表达的变化FABP4观察,但更大的表达吗PPARG在皮下脂肪134年]。至于其他人,这个意想不到的发现在反刍动物细胞需要进一步确认;然而,它强调了限制使用nonruminant数据在牛的背景下。
差异的另一个原因可能是由于研究方法论的差异,如用于执行qPCR的方法。大部分的目标基因在表2使用qPCR被发现。这个技术依赖于识别和使用适当的内部控制基因(135年),这是很少进行。产生的数据结果,一些qPCR可能缺乏准确性促使更常规的应用程序的质量控制。为了克服几个关键的限制经常发现在工作报告qPCR数据,定量实时PCR实验的最低信息发布(MIQE) [136年)被创建。坚持这些原则将有助于规范协议,因此,提高数据的可靠性。使用这些指导方针应该需要更多的科学期刊。
8。NEFA的影响,能源在饮食和胎儿重组,PPAR同形像
8.1。NEFA
提供从NEFA LCFA哺乳动物细胞是来源于脂肪组织脂类分解或脂类分解乳糜微粒或极低密度脂蛋白(VLDL)。牛PPAR的激活αNEFA最近被证明在牛主动脉内皮细胞,观察到PPARα活动增加了发布免费的FA VLDL通过脂蛋白脂肪酶(LPL)的作用62年]。在相同的实验证明了~ 10μPPAR M NEFA公布在媒体上激活αca。80%到10μ的特定的PPARα受体激动剂王寅- 14643。类似的浓度油酸牛PPAR单独激活αca。60%相比,王寅- 14643。PPAR的激活α是由于自由FA细胞实验,证明了强激活PPAR之间线性关系α和吸收LCFA62年]。此外,PPAR的激活α被中的白蛋白比例抑制介质(62年]。从相同的研究结果也表明,自由FA LPL发布的,而不是循环血浆FA(即。,albumin-bounded NEFA),是能够激活PPAR的α。作者解释说这个提议的高浓度LCFA PPAR所需α激活只能由当地发布的脂肪酶LCFA脂蛋白。这些结果需要进一步确认,因为他们的重要意义的微调激活PPARs的饮食方法。
激活的PPAR FA进入细胞通过unsaturable过程内源激活PPAR支持的事实α在活的有机体内似乎发生主要与高水平的LCFA nonruminants[在禁食条件下出现137年]。此外,我们有牛所示细胞PPAR的表达α目标基因是更快和更明显如果细胞接受免费的棕榈酸棕榈酸酯,而不是绑定到白蛋白(61年]。
上述发现有关奶牛分娩后不久当hypoinsulinemia由于负面能量平衡(内)降低胰岛素敏感性,和增长hormone-insulin-like生长因子- 1的解偶联轴结果在NEFA大幅增加,LCFA的混合物,其组成部分可以通过改变饮食方式。
的激活增加的证据和/或表达PPARs由于NEFA一直报道激增牛。特别是,它已被观察到,在过渡从怀孕到哺乳,以大量的等离子NEFA,有upregulation几个PPAR目标基因的表达(例如,CPT1A,ACOX1,见表2在肝脏的奶牛,随之而来的表达PPARA(57,138年,139年];然而,并不是所有的研究发现这是一个一致的响应140年]。
8.2。营养限制
在奶牛营养限制,导致血液NEFA相应增加,增强表达的PPARA和PPARD在肝脏56PPAR的)和蛋白质表达γ在下丘脑(141年]。同样,60天内体重损失牛肉牛会导致更多的表达这三个PPAR同形像在股二头肌肌肉和几个PPAR目标基因,与牛相比,保持体重142年]。总的来说,数据表明,内,NEFA随之增加,似乎诱导表达和激活的PPAR同形像,但特别的PPARA和PPARD。
8.3。高膳食能量
高膳食能量在奶牛怀孕期间降低肝脏的表情PPARA产后早期(143年]。高膳食能量断奶安格斯引导,但不是安格斯×西门塔尔牛引导,较低的表达有关PPARD在Longissimuslumborum肌肉(47]。
8.4。膳食能量和胎儿的重组
在绵羊的养分限制在母羊怀孕早期(妊娠28至80天)的表达增加PPARA在近期的胎儿的脂肪组织(144年]。然而,这是真的只有在母羊喂养需求后怀孕的这段时间;胎儿的脂肪组织从母羊美联储随意从怀孕80天学期较低PPARA表达式[144年]。上面的数据明确显示,母亲的饮食的能量水平对胎儿转录组,有很强的影响,胎儿的重组。
PPAR的胎儿重组由于膳食能量水平也一直观察到怀孕期间当动物摄食过多的能量,这样胎儿的大坝的表达式PPARG和其他脂肪生成的基因(145年]。相比之下,控制或高能量饮食periconception期间或怀孕期间不影响表达PPARG在perirenal、网膜的或4羊羔的皮下脂肪组织146年]。有趣的是,intrafetal PPAR的政府γ受体激动剂罗格列酮,增加表达的LPL一个假定的PPARγ目标基因,perirenal羊胎儿的脂肪组织81年]。没有观察到的效应PPARG本身。相比之下,在同一研究罗格列酮的表达增加PPARA在肝脏。
9。在反刍动物生物效应的PPAR激活
大多数生物的角色在单胃的PPAR发现可能可以外推到反刍动物;然而,在这些角色可以被认为是建立在反刍动物,实验需要执行。由于适度数量的研究迄今为止,执行的生物意义PPAR在反刍动物同形像并不是很成熟,但到目前为止的研究进行证实守恒的角色与单胃的反刍动物的存在。在本节中,我们概述生物角色提出的大多数实验PPAR在反刍动物牛内皮细胞除了以上提到的。
9.1。控制脂肪形成和脂质代谢
9.1.1。PPARγ
至于nonruminants [21),PPARγ扮演一个关键的角色在绵羊的脂肪形成和牛91年,147年),在奶牛的表达式是高脂肪组织(图1),似乎敏锐地应对能量控制脂肪生成的饮食(82年,134年,148年,149年]。PPAR的重要性γ脂肪形成的强调也在识别相关的候选基因之一的大理石花纹150年]。除了脂肪生成,PPARγ也可能扮演一个角色在LCFA氧化中羔羊肺动脉内皮细胞(85年]。的研究表明,PPARγ控制肉毒碱的表达palmitoyltransferase 2 (CPT2)和碱O-acetyltransferase (板条箱),两个基因参与LCFA进入线粒体,虽然它控制的翻译CPT1A但不是它的表达式(85年]。
9.1.2。PPARα
山羊PPAR的激活α在活的有机体内增加肝脏脂肪酸氧化(108年]。王寅- 14643的口服棕榈酸酯氧化增加肝脏的乳制品小牛相伴几个基因的表达增加PPARα目标(见表2)参与nonruminants [FA氧化78年]。因此,很明显,PPAR的激活α在反刍动物控制脂肪酸的分解代谢。其他的证据支持这一结论包括FA在线粒体和过氧物酶体分解代谢增加的事实在过渡从怀孕到哺乳151年]。这似乎是由于NEFA的巨大增长和随之而来的一些关键基因的表达,而不是一个整体途径通量的增加(152年]。然而,的表达PPARA增加肝脏的奶牛从怀孕到产后早期(57,138年]。同时,几个PPARα目标基因参与脂类代谢也有类似的表达增加PPARA在肝脏的过渡从怀孕到泌乳;其中包括ACOX1acyl-coenzyme脱氢酶,中等链(ACADM)[57,138年]。最后,使用王寅- 14643 MDBK细胞表达多个基因参与脂质分解代谢增加(28,61年(补充表1)。其中的一个关键基因是著名的PPARα目标CPT1A(57,138年]。
9.1.3。PPARβ/δ
相比之下,PPARα和PPARγ,PPAR的脂质代谢的作用β/δ激活在反刍动物尚不明朗。的PPARβ/δ被证明有一个角色在羊的脂肪生成GAPDH(因为它的激活增加的活动91年]。PPAR的参与β/δ在脂肪生成也报道了几个实验中表现在单胃的2]。然而,对比PPAR的角色γ和PPARβ/δ在主牛乳腺细胞,几个PPAR在哪里γ配体减少PPAR的表达β/δ(69年]。PPARα毋庸置疑的主要作用在控制啮齿动物脂肪酸氧化;然而,PPARβ/δ也控制在骨骼肌脂肪酸氧化,心脏,和棕色和白色脂肪组织(2]。几个数据在反刍动物间接建议类似的作用。这是观察到在营养限制(56),在肌肉的牛肉牛体重损失(142年),这两种情形,增强LCFA氧化,随之而来的表达PPARA和PPARD。
总之,PPAR的关键作用γ在控制脂肪形成和脂肪生成脂肪组织,这显然是成立于nonruminants,也可以考虑成立于反刍动物。PPAR脂肪酸氧化的控制α在反刍动物出现迄今为止公布的数据支持的。一些数据也显示PPAR的角色β/δ在反刍动物脂质分解代谢。
9.2。控制PPAR的牛奶脂肪合成γ在奶牛
在奶牛乳脂合成似乎被PPAR至少部分控制γ。这是最初建议的表达增加PPARG在妊娠和哺乳期(之间的奶牛乳腺33]。在相同的研究中,大量增加的表达可能参与对牛奶脂肪合成基因网络和大部分假定的PPARγ观察目标基因。然后我们测试,基于这些数据,证明,PPAR的假设γ控制的牛奶脂肪合成的关键基因的表达,包括SREBF1(26]。
牛奶脂肪合成调控的关键作用SREBP1一直最初提议基于一致的减少SREBF1表达的t10、c12班,一个小过程中产生不饱和FA瘤胃biohydrogenation长链多不饱和FA (153年]。SREBP1在很大程度上是由于其丰富的活动,这是由转录和转录后的监管控制,和代数余子式的丰富和激活细胞,如cleavage-activating蛋白(SCAP)和胰岛素诱导基因1和2 (INSIG1和INSIG2仅)[2,33]。INSIGs蛋白块SREBP1活动当oxysterol水平高(参见参考资料[33])。SREBP1活动减少了t10、c12班也控制在转译后的水平(2),但在这方面它是有趣的t10、c12cla持续减少的表达SREBF1。考虑SREBP1的单向反应t10、c12班(即。,inhibition of milk fat synthesis), and the inability of this TF to bind and be activated by other LCFA, it appears obvious that other TF must be involved in the positive response of milk fat synthesis to LCFA. Hence, it is remarkable that the activation of PPARγ罗格列酮在MAC-T伴随着显著增加细胞的表达SREBF1,证明SREBF1是一个PPARγ目标基因在反刍动物(26]。我们的整体数据26,33SREBP1和PPAR]表明协调一致的行动γ在控制牛奶脂肪合成但是PPAR的强调一个更根本的作用γ,唯一一个在两个LCFA能够被激活的。
PPAR的证据支持一个角色γ在控制牛奶脂肪合成最近被解雇(153年使用三种不同的参数);在这里我们简要概述这些参数并提出反驳。(1)ca的表达增加2倍PPARG从怀孕哺乳期(牛乳腺33)是解释为”相关的分化和牛奶的起始合成而不是牛奶脂肪合成建立哺乳期间”的规定(153年]。的PPARγ是参与分化,但几乎完全的脂肪组织中扮演着重要的角色21,154年]。其余的,众所周知,PPARγ有一个微不足道的角色分化的表皮,在上皮组织之一(155年];然而,一个角色PPAR同形像皮脂腺分化的皮肤损伤后报道(15]。尽管PPAR的角色γ分化的乳腺细胞不能完全丢弃,它还没有被报道。(2)作者结论基于CLA的事实是PPAR的活化剂γ在单胃的,事实上的无视反刍动物研究结果显示,PPARγCLA似乎并没有被激活,尤其是在乳腺上皮细胞(26)(见表1)。(3)最关键的误解处理观察增加牛奶脂肪合成相关基因的表达与PPAR MAC-T细胞治疗后γ受体激动剂罗格列酮(26]。数据清楚地指出PPAR的积极作用γ在控制牛奶脂肪合成。作者,使用上述争论PPAR的激活γCLA,解释这些数据全部来自牛奶脂肪俯视角;也就是说,PPAR的激活γ由班应该负责令人沮丧的牛奶脂肪合成。这也并不是什么数据显示我们的结论26]。
在一个在活的有机体内实验PPAR的激活γprepartum由TZD影响脂肪组织产后,但显然与上述数据,降低牛奶脂肪生产(109年]。这个结果并非完全出人意料的考虑到提供pre-partum TZD的治疗方法是当有一个大PPAR的丰度γ在乳腺脂肪组织和低丰度(33),而当PPARγ预计将增加导致乳腺泌乳的发生(33)、TZD不再补充和NEFA的数量,这可以在激活PPAR起到了一定作用γ在牛TZD处理(减少109年]。此外,脂肪组织竞争与乳腺脂肪生成的基板,尤其是胰岛素敏感性高,证明了奶牛的牛奶脂肪减少了注射胰岛素(156年]。从这个角度来看,这将是有趣的测试效果TZD注入产后在奶牛的牛奶脂肪合成。
除了PPARγ和SREBP1,数据从另一个实验室建议LXR在控制中也扮演了重要的角色新创足总合成(157年]。这是公认的,为了证明PPAR的中心作用γSREBP1 LXR,或它们的组合,在控制奶牛乳脂合成,需要更多的基础研究,例如,通过gene-specific淘汰赛。最近,两项研究来自同一实验室(158年,159年]siRNA具体使用SREBF1为了定义角色控制牛奶脂肪合成的转录因子。研究结果表明,基底转录的基因参与新创足总合成牛乳腺上皮SREBP1的部分控制。一些相同的基因诱导LXR激活时使用特定的受体激动剂。用siRNA具体研究PPARG牛乳腺细胞的缺乏。在牛奶脂肪合成调控的背景下,我们认为更相关的无偏发现LCFA的作用影响转录组通过绑定特定TF比展示一个或另一个特遣部队的至关重要的作用。
9.2.1。是PPARγ牛奶脂肪合成的关键也在老鼠吗?
与奶牛(33),在小鼠乳腺PPARG妊娠哺乳期(之间的表达下降160年),还占脂肪组织的大型消失后(161年]。在猪乳腺,PPARG不影响哺乳(162年]。的表达PPARG在老鼠和猪乳腺表明PPARγ可能没有控制在单胃的牛奶脂肪合成。为了进一步研究PPAR的角色γ在单胃的牛奶脂肪合成,我们有一个执行在体外实验小鼠乳腺上皮细胞(HC11;图3)。实验还进行了与先前生成的目的比较数据与牛乳腺细胞(26]。出于这个原因,在HC11实验进行了相同的实验设计一个以前在MAC-T细胞(26]。大部分的治疗在HC11 MAC-T细胞一样的PPAR的除外γ抑制剂GW9662。
(一)
(b)
MAC-T细胞中观察到,棕榈酸饱和LCFA HC11脂肪生成的几个基因的表达增加,但不同于MAC-T细胞(26),效果似乎PPARγ独立由于PPAR的表达和活性极低γ(图3(一个))。这些结果是有趣的,因为在更大的丰富PPARA相比之下,PPARG在MAC-T细胞(图1 (b)增加),表明观察乳腺脂肪生成的基因通过PPAR由于棕榈酸酯α或其他特遣部队而不是PPARγ牛和小鼠的乳腺细胞永生化。
相反在MAC-T细胞(26),在活的有机体内在小鼠乳腺(163年),t10、c12cla未能抑制脂肪生成的基因的表达在HC11(图3(一个))。令人惊讶的考虑到这一点Srebp1表达式是相对较高的,类似水平HC11相比MAC-T细胞(图3 (b))。只在HC11 EPA减少一些脂肪生成的基因的表达;其中的镜头分割由环保局也在MAC-T细胞表达下调26]。基因的相对丰度以HC11相比MAC-T细胞(图3 (b))显示,脂肪生成的基因表达比MAC-T HC11总体更大,与异常的镜头分割在MAC-T细胞更丰富。的PPARG低表达在两个细胞系,但实际上在HC11缺席,而显然MAC-T细胞中检测到。这个观察可能占到PPAR的事实γ受体激动剂罗格列酮和抑制剂GW9662几乎没有影响大多数基因的表达在HC11(图3(一个))。相反,罗格列酮增加这些基因的表达在MAC-T细胞(26]。
虚拟的Pparg表达式在HC11(图3 (b))一起缺乏牛奶研究基因的表达减少CLA尽管大的表达SREBF1似乎表明PPAR的角色γ,更有可能PPARγsrebp1相声,在脂肪生成的抑制翻译,特别是牛奶脂肪抑郁效果,CLA的可能(EPA)通常观察到在活的有机体内。然而,数据也指向一个更复杂的营养基因组学对LCFA反应,可能会涉及额外的除了SREBP1和PPAR特遣部队γ。
总的来说,对比老鼠和牛乳腺上皮细胞系,与所有的局限性在体外啮齿动物实验中,突显出一个至关重要的区别和牛基因组控制的牛奶脂肪合成。数据清楚地发现没有PPAR的角色γ在鼠标控制牛奶脂肪合成。这些观察建议谨慎使用来自不同物种的数据推断的生理反应。
9.3。控制炎症反应
PPAR的激活γ,PPARα,PPARβ/δ在nonruminants(抗炎作用19,164年]在反刍动物和一些数据表明类似的效果。第一个PPAR的示范γ可能发挥抗炎作用在反刍动物是由一群日本人类重组TNF通过注入了9天α加上TZD乳制品引导。他们观察到,TZD治疗部分逆转肿瘤坏死因子引起的胰岛素抵抗α(107年]。TZD效应可能是由于增强通过PPAR胰岛素信号γ激活,也抵消肿瘤坏死因子的影响α(165年]。PPAR的抗炎效果γ在反刍动物不仅是引起抵消肿瘤坏死因子的影响α,但也通过减少细胞因子的生产。这是最近展示了与100年治疗牛外周血单核细胞μ米的t10、c12班或10μ米的罗格列酮减毒TNF的生产α在体外,有更强的效应细胞中观察到用罗格列酮治疗(166年]。
在初选牛乳腺上皮细胞(bMEC), PPAR的激活γ由几个主人公的差别引起的对这些几个促炎细胞因子和趋化因子的表达增加CCL2和肿瘤坏死因子α(69年]。相比之下,PGJ2显著增强的表达白介素8 (IL8)和趋化因子(C-X-C主题)配体6 (CXCL6),不影响其他细胞因子(69年]。相同的研究也表明,促炎介质的一代bMEC治疗脂多糖(LPS)可以通过合成PPAR调制γ受体激动剂。这些发现支持PPAR的角色γ在奶牛乳腺炎抗性。
一些额外的证据支持在反刍动物PPAR的抗炎作用。PPAR的激活α表明限制白细胞粘附牛内皮(167年]。的表达PPARG减少乳房内的感染吗大肠杆菌(168年)和PPAR信号显然是被乳房内的感染链球菌uberis(169年]。的PPARG和PPARA也明显下调后不久,中性粒细胞炎症挑战;然而,的表达PPARD丰富的显著增加,大大超过其他同形像(莫耶斯等人未公开的数据)。相比之下,的表达PPARA和PPARG在乳房内的治疗后肝脏不受影响大肠杆菌诱导强烈肝急性期反应(170年];然而,影响最大的生物效应治疗是减少肝脏中脂类代谢,尤其是类固醇合成和PPAR信号(171年]。PPAR的参与β/δ在炎症过程中最近强调当一个乳房内的有限合伙人的注入导致upregulation的标记PPARD奶牛和促炎的几个基因在肝脏(例如,肿瘤坏死因子,NFKB1)[172年]。
PPAR的潜在作用同形像在炎症也可以推断PPAR的表达的事实α受体激动剂ANGPTL4(表2)显著增加炎症反应不仅在鼠肝173年在牛肝中也172年),它提出了作为一个积极的急性期蛋白(+应用)173年]。在这种背景下,有趣的是,的表达ANGPTL4在分娩后脂肪组织增加显著(134年,174年),当动物体验inflammatory-like条件(175年,176年]。的upregulation是否ANGPTL4在分娩后脂肪组织代表一个组织炎症状态的反应还有待决定;然而,有证据表明几种途径的激活脂肪组织分娩后不久(177年]。
9.4。控制Intertissue代谢适应期间营养状况和生理状态的变化
在单胃的,PPARα目标angiopoietin-like 4 (ANGPTL4)[178年)和成纤维细胞生长因子21FGF21)[179年,180年)被确认为extra-hepatic信号(hepatokines)中扮演重要角色的协调组织适应禁食,营养不足,转变成哺乳在牛56,95年,174年]。虽然牛PPAR的直接证据α激活的触发upregulation肝FGF21分娩后(86年,95年)不可用,upregulation的这一事实FGF21在动物大NEFA [86年是暗示FGF21作为一个PPARα在牛的目标。PPAR之间的联系α激活和ANGPTL4以前讨论的数据从奶牛患有undernutrition-driven酮症56),在一定程度上证实在体外(28]。然而,最近观察到肝ANGPTL4和PPARD(不PPARA)表达在急性炎症调节表明在牛PPAR同形像也可以调节表达hepatokine [172年]。特定分子的工作需要澄清的有效性进行观察的关系的功能链接。
9.5。其他角色
PPAR的使用γ受体激动剂减少蛋白质合成,但在牛主动脉内皮细胞,PPAR的机制似乎是独立的γ(181年]。与nonruminants, PPAR的激活γ改善胰岛素敏感性在奶牛82年]。PPAR的激活α在肝脏也可能增加糖质新生。这是推断PPAR的受损的糖质新生α空鼠(182年];然而,没有一个主要的酶参与糖质新生PPAR是已知的α目标nonruminants [182年]。三分之一的牛丙酮酸羧化酶的启动子区域(个人电脑),糖质新生的一个关键酶,激活了王寅- 14643当转染与萤火虫荧光素酶作为构造成鼠肝癌细胞,显示一个潜在的控制PPAR的这种酶的表达α在反刍动物(93年]。然而,个人电脑表达不是MDBK细胞诱导的对待王寅- 14643或单一LCFA [28]。的表达个人电脑而诱导了鸡尾酒LCFA尤其是模仿NEFA成分浓度的奶牛分娩(183年]。因此,增加糖质新生通过PPAR的激活α在反刍动物仍然需要充分证明。
它已经证明了葡萄糖运输系统的差别high-glucose-induced对这些牛内皮细胞被PPAR介导β/δ(68年]。结果表明,PPAR的激活β/δ抑制溶质的表达载体家庭2成员1(或促进葡萄糖转运体GLUT1)加上calreticulin的表达增加,蛋白质,增加GLUT1信使rna的降解。(即条件进行研究。,high glucose) has probably little implication for ruminants, considering the low level of circulating glucose compared with nonruminants (<4 mM in dairy cows [176年)与ca。5毫米在人类和老鼠(> 6毫米184年])。然而,控制葡萄糖PPAR运输β/δ可能会影响牛奶中合成,考虑到GLUT1是其中最重要的葡萄糖转运体及其表达大幅增加在泌乳奶牛的乳腺组织(185年]。因此,这PPAR同形像可能发挥关键作用提供为乳糖合成葡萄糖。有趣的是,在乳腺在哺乳期间,PPARD显著下调(186年]伴随一些葡萄糖转运蛋白的表达增加,包括GLUT1 [70年,185年]。如果建议的链接是真实的,这提供了使用PPAR的机会β/δ拮抗剂为了提高牛奶产量。
最近,这是证明PPARD成绩单在瘤胃上皮的新生儿乳制品小腿明显更丰富PPARA(参见图1 (b)),它的表达显著增加roughage-fed(即逼真的阶段。、结构性纤维)~ 10周的年龄阶段64年]。与更大的瘤胃的质量,增加暗示PPAR之间潜在的联系β/δ和机制推动瘤胃上皮细胞的发展和扩散64年]。
10。在组织控制大量的PPAR什么?
各种组织的敏感性PPAR isotype-specific受体激动剂与丰度密切相关的特定的同形像和其他重要因素,如丰富的辅活化因子或辅阻遏物,LCFA,和激素76年,187年- - - - - -189年]。至于nonruminants,大量的各种同形像组织似乎是直接相关的特定的函数执行;例如,PPARγ富足是相对较高的PPAR时脂肪生成的组织α是比较高的组织与高架FA分解代谢的能力(见图1(一))。除了组织分布,其他因素可以控制大量的PPAR在组织同形像。
因素控制中PPAR同形像表现在反刍动物(补充表2),很明显,一些脂质分子,一些营养相关的如LCFA类维生素a,丙酸和(可能间接通过葡萄糖和胰岛素)会影响表达PPAR同形像,根据组织类型有不同的敏感性。反刍动物的表达PPAR同形像也受到生理状态的影响,能量水平的饮食,机械信号(例如,层流、机械负载),氧气和过氧化水平,激素,和其他生长因子(补充表2)。此外,几组数据还表明,PPAR的激活γ增加自己的基因的表达,在羊的情况下,同样的表达PPARA(补充表2)。有趣的是,在几个PPAR牛乳腺上皮细胞γ受体激动剂的表达下降PPARD,只有一个案例(ciglitazone)PPARG也是表达下调(69年]。
整体补充表2中给出的数据表明,有可能增加或减少数量,因此PPAR的敏感性,在反刍动物组织同形像。在影响因素中PPAR同形像的表情,更有趣的营养基因组学的角度来看是LCFA和膳食能量水平,因为他们可以很容易地操作。
11。PPAR同形像激活Peripartal期间奶牛:一个假设
11.1。Peripartal条件
从怀孕到哺乳的转变(也称为简单的“过渡时期”)是一种最紧张的阶段,奶牛的生活(190年]。生理上,过渡时期是一个复杂的现象交织的各种代谢活动(例如,脂质、葡萄糖、蛋白质)和功能(例如,炎症反应)的几个器官和组织(如脂肪组织、乳腺、肝、子宫、和免疫系统)(152年,190年]。过渡时期的一个关键特性从代谢和健康的角度来看是NEFA等离子体的增加,酮体(KB),这两个可以有毒高于一定阈值,并通过一般降低胰岛素敏感性(乳腺除外)和血胰岛素浓度(191年]。过渡时期也以inflammatory-like条件的结果促炎细胞因子的释放,而随着NEFA直接影响肝脏功能导致表现不佳(192年]。
肝脏的代谢负荷放在periparturient牛也加剧了这种inflammatory-like条件和降低采食量和随后的内,这常常发生早在分娩前10天(了193年])。所有上述增加奶牛的风险等发展中代谢紊乱脂肪肝(194年和酮症195年,196年),但更重要的是这些疾病紧密相连的与其他典型peripartal疾病(197年]。因此,一个光滑的过渡时期是一个重要的目标,以优化性能和奶牛的整体福利。有趣的是,大部分的上述条件(例如,高NEFA胰岛素不敏感,脂肪肝,inflammatory-like条件),除了内的代谢综合征是常见的折磨人类[198年]。
11.2。PPAR同形像激活帮助奶牛的过渡
这之前提出了PPAR同形像理想目标防治代谢综合征的人类(199年]。PPAR的使用γ受体激动剂是一种临床的方法目前在实践中治疗胰岛素抵抗的一个主要问题与代谢综合征(22,200年]。同样,这是早些时候提议,PPAR同形像发挥关键作用在奶牛的生理适应的过渡期(36,201年]。这是建议微调PPAR的活动α和PPARγ由营养方法,特别是在特定时间/ s在过渡期间可能是一个方法来防止和/或帮助奶牛克服代谢紊乱。为了影响PPARs营养的方法之一,饱和LCFA似乎是最有前途的基础上在体外数据(见上图,28])。饱和的影响LCFA PPARs激活和随之而来的改善脂质代谢似乎得到最近的支持在活的有机体内数据(202年]。在研究发现脂质代谢的适应奶牛美联储大量饱和脂肪与低脂饮食控制或high-linseed饮食(高不饱和LCFA)长达5周pre-partum更好。
在图4定性的假设模型描述的潜在作用PPAR转型中的同形像奶牛被描述。这种模式建立在完善肝脏,脂肪,瘤胃,骨骼肌,免疫系统,和乳腺中发挥至关重要的作用适应导致泌乳的发生。子宫等器官,肾脏和胰腺也至关重要的在这种情况下但不了解其分子适应哺乳。特别是,数据部分综述了以上强烈支持的关键作用PPAR在生育和怀孕的规定同形像;然而,整体效果的PPAR同形像激活生育并不是完全清楚。此外,PPAR同形像可能扮演更重要的角色在怀孕前与泌乳早期相比,当牛还没有骑自行车。一旦PPAR的作用同形像生殖器官是更好的定义,它可以成为整个模型提出的一个重要组成部分。
奶牛在过渡从怀孕到哺乳经验一套多层的适应性,旨在使乳腺开始和维持生乳。从生理的角度来看,动物消费的固有的低能力足够的膳食能量和有害inflammatory-like条件由于释放促炎细胞因子导致标记LCFA释放到血液中的脂肪组织。那些LCFA大多是由肝脏代谢。更大程度的膳食能量非结构碳水化合物的形式提供给动物早期产后可以部分缓解负面能量短缺状态;这种方法将提高生产的短链脂肪酸(SCFA),丙酸的代谢通过糖质新生可以作为触发更多的胰岛素分泌(193年]。后者已经被证明可以促进瘤胃上皮细胞增殖,可能与PPARs音乐会来协调这些细胞的新陈代谢和发展(64年]。peripartal期间,促炎细胞因子释放,诱导肝脏生产+应用程序(176年),取消正常肝肝资源功能(例如,葡萄糖合成、脂质代谢和ureagenesis) (175年,176年,197年]。这个条件实际上加剧了组织协调的能力适当的脂质代谢,并提供所需的葡萄糖为牛奶乳腺合成。标记NEFA浓度仅由肝脏和其他部分氧化积累作为标记。标签然后装进VLDL释放到血液中,但在一个更低的利率相对于单胃的203年]。过度积累的标签可以有不利影响肝功能(194年]。
我们建议增加丰富pre-partum PPAR的同形像和及时isotype-specific活化预处理或产后可能是有益的准备和允许动物面对上述条件有利于平稳过渡到哺乳。特别是以下:(我)PPAR的更丰富和激活γprepartum在脂肪组织可以防止大型NEFA飙升,部分原因是胰岛素敏感性的增加导致减少脂质过载对肝脏顺向减少脂肪肝,酮体生产,任何潜在的饱腹感效应(如高氧化FA)的结果(204年]。PPAR的激活γ产后乳腺可以允许增加或维持牛奶脂肪的含量在哺乳期的早期阶段NEFA提供外源性LCFA乳腺。一些证据支持这样的预期效果在脂肪组织82年,109年)和乳腺组织(26,33,186年];(2)PPAR的更丰富和激活α在产后相对于肝脏和骨骼肌prepartum可以增加NEFA导致氧化脂质在肝脏积累较低。肝(即氧化能力就越大。,increase ketone body synthesis per unit of NEFA oxidized) would help prevent any substantial alteration in the production of ketone bodies due to the systemic decrease of NEFA as a consequence of PPARγ激活。PPAR的激活α肝脏也可能增加糖质新生率、反刍动物尤其是牛奶合成的重要过程。另一个预期响应是VLDL合成和分泌增加了预防急性期反应的负面影响由于inflammatory-like条件参与VLDL合成和载脂蛋白和其他分子标记出口。这个建议是基于几个证据如载脂蛋白B100之间观察到的负相关或其他VLDL组件inflammatory-like条件在反刍动物(170年,175年,176年,194年,205年,206年];(3)PPAR的激活α,PPARγ,尤其是PPARβ/δ免疫(如中性粒细胞、巨噬细胞)和内皮细胞可能有助于减少NEFA飙升最近引起的促炎细胞因子(207年),也会增加胰岛素敏感性,防止急性期反应的负面影响肝脏功能(166年,176年]。
的假设模型微调PPAR同形像代谢紊乱的预防奶牛提出(图的过渡4)是由几个间接支持在活的有机体内和在体外研究,但一些主要的细节仍有待理解。最重要的一个属于LCFA的影响PPAR同形像激活,尤其是,他们如何可以用于目标激活特定的PPAR同形像在特定阶段的过渡时期。与LCFA更详细的和机械的研究,例如,个人有效剂量/ s LCFA或混合物,为了让这些营养至关重要实际应用提出了我们的模型(图4)。
12。结论和观点
PPAR的生理角色的理解同形像在反刍动物拥有先进的增量在过去的十年里。有足够的直接和间接证据显示得出这些NR生物相关的在这个物种。数据显示,PPAR的协调活动同形像跨组织的一个方面是多层的控制点集进化协调代谢和生理反应内源性和外源性配体。从怀孕到哺乳提供需要的最明显的例子控制点,确保营养新生儿的后代,同时确保大坝的健身。在基本层面上,PPARs在这生理状态的功能活动提供了一个很好的例子,多层的概念,因为它连接生物分子与细胞反应,包括一些组织。模型提出了基于最新的知识是相当复杂和全面评价显然需要一个综合的系统的方法,也就是说,多个各级组织(例如,细胞和分子网络底层)需要研究同时考虑他们的动态适应性。
如果模型/假说提出,它将成为第一个“真正的”在奶牛营养基因组学应用生物科学。好处将不仅仅是简单地建立的生理作用PPAR在反刍动物同形像。改善从怀孕到哺乳方式的转变为农民提供好处,奶牛,社会作为一个整体。我们设想农民调制LCFA奶牛的饮食调整新陈代谢通过PPAR同形像。今天,高通量技术的不断发展和生物信息学工具允许研究复杂现象的过渡从怀孕到泌乳奶牛(152年]。这是一个令人激动的时代为扩大科学知识,显然,适当的营养基因组学。
缩写
| +应用程序: | 积极的急性期蛋白质 |
| ACOX1: | Acyl-coenzyme氧化酶1,棕榈酰 |
| AF-1: | 激活函数1或ligand-independent激活函数 |
| ANGPTL4: | Angiopoietin-like 4 |
| bMEC: | 牛乳腺上皮细胞 |
| 卡拉: | Coactivator-dependent受体配体测定 |
| CCL2: | 趋化因子配体2(碳碳主题) |
| 班: | 共轭亚油酸 |
| CPT1A: | 肉碱palmitoyltransferase 1(肝脏) |
| CPT2: | 肉碱palmitoyltransferase 2 |
| 板条箱: | 肉碱O-acetyltransferase |
| CXCL6: | 趋化因子配体(C-X-C主题)6 |
| 环保局: | 二十碳五烯酸 |
| 费尔南多-阿隆索: | 脂肪酸(s) |
| FABP: | 脂肪酸结合蛋白 |
| FGF21: | 成纤维细胞生长因子21 |
| GAPDH: | Glyceraldehyde-3-phosphate脱氢酶 |
| GLUT1: | 葡萄糖转运体1 |
| 引发: | 白介素8 |
| INSIG1: | 胰岛素诱导基因1 |
| INSIG2仅: | 胰岛素诱导基因2 |
| KB: | 酮体 |
| 小黑裙: | 配体结合域 |
| LCFA: | 长链脂肪酸(s) |
| LCFA-CoA: | LCFA-coenzyme(即。,激活LCFA) |
| 低密度脂蛋白: | 低密度脂蛋白(s) |
| LPIN1: | phosphatidate磷酸酶油脂1(编码) |
| LPL: | 脂蛋白脂肪酶 |
| 有限合伙人: | 脂多糖 |
| LXR: | 肝X受体 |
| MAC-T: | 牛乳腺肺泡细胞转染与猴病毒40(猿猴病毒40)大t抗原 |
| MDBK: | Madin-Darby牛肾细胞 |
| MIQE: | 最小信息出版定量实时PCR实验 |
| 内: | 负面的能量平衡 |
| NEFA: | Nonesterified脂肪酸(s) |
| NFKB1: | 核因子k光多肽基因增强剂b细胞1 |
| NR: | 核受体(年代) |
| 个人电脑: | 丙酮酸羧化酶 |
| 答: | 前列腺素(s) |
| PGJ2: | 15-Deoxy-delta-12, 14-prostaglandin J2 |
| 中性粒细胞: | 多形核的细胞 |
| PPAR: | 过氧物酶体proliferator-activated受体 |
| PPRE: | PPAR响应元件 |
| PUFA: | 多不饱和脂肪酸(s) |
| qPCR: | 定量实时逆转录聚合酶链反应 |
| RXR: | 视黄醇X受体 |
| SCAP: | 如cleavage-activating蛋白质 |
| 镜头分割: | Stearoyl-CoA desaturase |
| 短链脂肪酸: | 短链脂肪酸(s) |
| 核: | 短RNA干扰 |
| SREBF1: | 固醇调节元件结合转录因子1 |
| 标签: | 三酰甘油(s) |
| TF: | 转录因子(s) |
| 肿瘤坏死因子: | 肿瘤坏死因子(s) |
| TZD: | Thiazolidinedione |
| VEGF: | 血管内皮生长因子 |
| VLDL: | 极低密度脂蛋白(s) |
| 王寅- 14643: | Pirinixic酸。 |
确认
小鼠乳腺上皮细胞系HC11培养和分化和协议(即。,感应到哺乳期(208年,209年轻轻])是由博士丹尼尔·g·彼得森(动物科学部门,加州州立理工大学)。Afshin Hosseini博士的言论也有助于完成论文的最终版本。作者感谢三位匿名评论者的建议,大大改善了。
补充材料
补充表1:总结研究激活的PPAR同形像表现在反刍动物使用合成受体激动剂或其他已知的天然配体(如15-deoxy-Δ12日,14日前列腺素的J2 PPARγ)。的研究是按年出版。
补充表2:影响因素的表达PPAR同形像反刍动物基因在不同组织/细胞。