精氨酸通过PI3K/Akt信号通路调节鲤鱼糖代谢的分子机理研究

Low utilization efficiency of carbohydrate in fish. How to improve the utilization efficiency of carbohydrate in fish, so as to save protein in feed, reduce the pollution of nitrogen and phosphorus emissions to the environment, has been a hot research topic in the fisheries industry.In the regulation of glucose metabolism, arginine has higher insulin secretion ability than glucose.Previous studies have found that arginine can improve the carbohydrate utilization efficiency of carp. This study intends to elucidate the mechanism of arginine regulation of carbohydrate metabolism in fish.In this study, we investigated the mechanism of the interaction and regulation of PI3K-Akt related proteins of insulin signaling pathway in vivo and in vitro.In animal experiments and PI3K-Akt signal pathway inhibited cell model, we adopts Western blotting, ELISA, Real-time PCR and electron microscopy techniques and methods to detect the content of hormones such as insulin, glycogen content, the phosphorylation level of Akt, the mRNA level and protein content of PI3K-Akt signaling pathway related genes AS160/PFKFB3/FoxO1/GSK/GLUT,content of glycolysis and gluconeogenesis enzymes and glycogen synthase kinase.Finally, we will reveal the molecular mechanism of arginine regulation of glucose metabolism through PI3K-Akt signaling pathway in fish.

鱼类对糖类物质的利用效率低，如何提高鱼类对糖类物质的利用率，从而节约饲料中蛋白质，减少氮磷排放对环境的污染，是水产行业一直以来的研究热点。在鱼类的糖代谢调控中，精氨酸具有比葡萄糖更高的促胰岛素分泌能力。前期研究发现，精氨酸可以提高鲤鱼对饲料糖的利用率，本研究拟阐明精氨酸调控鱼类糖代谢的机制。本研究拟通过体内体外的精氨酸诱导，以胰岛素信号通路PI3K-Akt相关蛋白相互作用和调节机制为主轴，在动物实验和PI3K-Akt信号通路被抑制的细胞模型上，应用蛋白免疫印迹、ELISA、荧光定量PCR和电镜等技术和方法，通过对胰岛素等激素含量、糖原含量、Akt磷酸化水平、PI3K-Akt信号通路下游糖代谢相关基因AS160/PFKFB3/FoxO1/GSK的表达水平及含量、GLUT、糖酵解和糖异生途径的酶，以及糖原合成酶激酶含量的检测，最终揭示精氨酸通过PI3K-Akt信号通路调节鱼类糖代谢的分子机理。

鱼类对饲料糖的利用能力较低，摄食高水平的糖会出现持续高血糖的现象，还会引发抗病力低、生长迟缓，高死亡率等现象。研究表明，在鱼类糖代谢调控中，精氨酸具有比葡萄糖更高的促胰岛素的分泌能力。针对这一现象，本项目通过体内体外的精氨酸诱导，以胰岛素信号通路PI3K-Akt相关蛋白相互作用和调节机制为主轴，在动物实验和PI3K-Akt信号通路被抑制的细胞模型上，运用现代生物化学、生理学和分子生物学等方法，通过对Akt磷酸化水平、PI3K-Akt信号通路下游基因的表达水平及含量，并结合生长、血清生化水平、糖代谢限速酶活力、肠道消化吸收能力等指标，综合分析精氨酸影响鲤鱼糖代谢的分子机制。结果表明，1) 在分离的鲤鱼原代肝脏细胞上，精氨酸显著增加了肝细胞吸收糖的能力，同时激活了PI3K-Akt信号通路上下游Akt基因的表达、葡萄糖转运相关基因AS160、GLUT2和GLUT4基因的表达；通过上调FOXO1A和FOXO1B基因的表达抑制了糖异生基因PEPCK的表达，同时激活了糖原合成相关基因GSK3β和GS基因的表达。2) 构建了PI3K-Akt信号途径被抑制的肝细胞模型，在该模型上，再一次确定了精氨酸影响肝细胞糖代谢是通过激活PI3K-Akt信号通路相关基因表达实现的。3）高糖饲料中补充精氨酸，显著提高了鲤鱼的增重率、降低了饲料系数，显著促进了肠道消化酶和抗氧化酶活性，改善了肠道的形态结构，促进了饲料糖的利用。4）精氨酸显著降低了血清胆固醇含量，提高了肝脏和肌肉中糖代谢限速酶的活力，以及葡萄糖转运因子GLUT2和GLUT4的含量。5）精氨酸显著提高了Akt和p-Akt的含量，并激活了PI3K-Akt信号通路上糖代谢相关基因的表达量。综上，本项目从细胞水平和动物水平两个方面，阐释了精氨酸调节糖代谢的机制，及其通过PI3K-Akt介导的信号通路。