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微量元素铜对动物脂肪沉积和代谢的调控作用被发现

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  近日,新萄京娱乐手机版北京畜牧兽医研究所基因工程与种质创新科技创新团队揭示了铜转运蛋白ATP7A在调控动物脂肪代谢中的重要作用,发现了铜过载通过增强DNA损伤反应和脂肪水解加速脂肪萎缩的机制。这一研究为人类脂肪细胞衰老、2型糖尿病和代谢综合征的发病机制的理解和疾病预防提供了新的视角,为畜禽生产中铜的科学合理利用提供了理论参考。相关研究成果在线发表在《糖尿病学(Diabetologia)》上。

  脂肪组织是动物的主要储能和内分泌器官,不仅关系着畜禽的生产效率和肉品质,而且与人类肥胖和代谢性疾病密切相关。随着人类饮食结构和生活方式的改变,研究发现西方饮食中较低的铜水平与肥胖、糖尿病等代谢疾病的发生有关,但是补铜是否有助于肥胖和代谢紊乱的改善仍不清楚。在畜牧业生产中,饲料中添加高剂量铜能促进动物生长,提高饲料报酬。但是高铜对动物脂肪代谢的影响及其分子机理尚不明确。

  铜是一种生物体必需的金属微量元素,通过调节细胞氧化还原平衡、能量产生、铁稳态等过程参与机体一系列生命活动中。由于维持细胞内铜水平的相对稳定,受到铜转运蛋白的精细调控,而ATP7A在细胞铜输出过程起着关键调控作用,可以保护细胞铜的过度积累,该研究通过构建铜离子转运蛋白ATP7A脂肪特异性敲除小鼠,使得该小鼠脂肪组织铜水平比对照组高20倍。研究发现,基因敲除小鼠6月龄前生长代谢未受脂肪组织铜过载的影响,而达到12月龄时,敲除小鼠脂肪沉积显著减少,并在16月龄时进一步减少,伴随着内分泌紊乱和胰岛素抵抗等代谢障碍,脂肪组织老化信号增强。同时,基因敲除小鼠在60%高脂饲料饲喂条件下,7月龄时即出现上述代谢障碍,说明高脂饮食可以加速敲除小鼠年龄诱导的代谢衰退。机制研究发现,脂肪组织铜过载加剧了高脂饮食和年龄诱导的DNA损伤,增强了cAMP脂肪水解信号,加速了脂肪细胞衰老和萎缩;并且,体外高铜培养的脂肪细胞表现出DNA损伤信号的激活和脂肪水解的增强。综上所述,该研究发现脂肪细胞铜过载通过激活DNA损伤和脂解信号,引起年龄和高脂饮食诱导的脂肪萎缩,从而导致胰岛素抵抗和糖脂代谢紊乱发生。该研究从脂肪细胞老化的角度,阐明了铜对机体糖脂代谢的调控作用及机制。

  该研究得到科技部973计划、国家自然科学基金和中国澳门新萄京官方网站科技创新工程等项目资助。(通讯员 高冰清)

  原文链接: https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2Fs00125-019-4966-2.pdf

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