AMP激活蛋白激酶调控乳腺能量代谢分子机制研究

AMP激活蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）能感知细胞能量代谢状态的改变，并且通过影响细胞物质代谢的多个环节维持细胞能量供求平衡。本课题组首次发现AMPK信号通路基因在乳腺能量需求激增的泌乳初期和泌乳高峰期高表达，并且证实 AMPK激活后，乳腺上皮细胞分解代谢增强，合成代谢下降。但是，AMPK调控乳腺能量代谢的分子机制，迄今国内外尚无报道。本项目通过激活奶牛乳腺上皮细胞中AMPK，研究乳腺细胞中能量代谢相关酶活性变化；运用转录组测序方法，检测AMPK激活组和对照组基因的差异表达，明确表达受AMPK调控的基因；采用双向凝胶电泳，分析AMPK激活后奶牛乳腺上皮细胞磷酸化核蛋白的变化情况，确定乳腺细胞中AMPK调控的下游转录因子。本项目将阐明AMPK调控乳腺能量代谢分子机制，丰富乳腺发育和泌乳生物学基础理论。

研究背景：乳腺发育状况是影响乳产量的因素之一，适当的能量供应对乳腺发育至关重要，营养匮乏或营养过剩都将影响乳腺的正常发育和泌乳。目前国内外尚缺乏对乳腺能量代谢调控的研究。在骨骼肌等组织的研究中AMP激活蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）调控许多代谢途径，通过直接磷酸化这些代谢通路涉及的酶和通过调控无数基因表达来长期调控。.研究内容：本项目研究了乳腺发育和泌乳各时期乳腺组织中AMPK活性变化，以及AMPK激活后乳腺上皮细胞中能量代谢关键酶活性变化，同时采用转录组测序和蛋白质组学技术ITRAQ技术检测了乳腺上皮细胞中AMPK激活后表达发生变化的基因和蛋白。.重要结果和关键数据：（1）AMPK活性在乳腺发育各时期变化较大，在泌乳1日AMPK活性最高；（2）AMPK激活后脂肪酸合成相关酶酶活性下降，脂肪分解相关酶活性增强，ATP酶活性升高；（3）转录组测序和ITRAQ研究结果显示，AMPK激活乳腺上皮细胞分解代谢相关通路基因表达增强以及合成ATP酶表达上调，主要是脂肪酸转运和代谢相关酶、甘油酯和β-丙氨酸代谢相关酶表达上调；调控乳腺细胞增殖的Wnt信号通路中wnt受体Frizzled和下游的转录因子c-myc、c-jun、fra-1表达下降，TGF-β 信号通路中TGF-β和下游基因Smad4表达下调，表皮生长因子和雌激素信号通路中蛋白表达下降，说明这些信号通路与AMPK的功能密切相关。同时研究结果表明，AMPK激活多方式调节蛋白质合成。AMPK激活后负调节mTOR信号通路的基因TSC1、TSC2表达显著升高，从而抑制蛋白质翻译过程，并且酪氨酸tRNA合成酶和丙氨酸tRNA合成酶表达显著降低。AMPK激活转录因子ASCC2表达显著下降，调节细胞周期蛋白NEK9表达显著下降。以上结果充分说明AMPK通过多种途径参与调控乳腺上皮细胞的代谢。.科学意义：通过本项目的研究，揭示了AMPK参与调控乳腺的糖代谢、脂代谢以及部分氨基酸代谢，AMPK可能调控的与乳腺上皮细胞生长发育相关的信号通路，有利于认识奶牛乳腺能量代谢规律和特点，为人工调控乳产量和乳质量提供理论依据，具有重要的科学理论意义。