精氨酸经由TOR-AMPK-GCN2信号通路调控团头鲂糖代谢的研究

Arginine, as a signal transducing molecule, plays an important role in regulation of glucose metabolism, and the key signal transduction pathway TOR-AMPK-GCN2 signaling pathway has been well established in mammals. However, it is a relatively new concept in the field of fish nutrition. Our previous studies showed excess dietary arginine induced high plasma glucose concentration, and dietary arginine could regulate TOR expression and NOS activity in blunt snout bream (Megalobrama amblycephala). However, the mechanisms that arginine regulates glucose metabolism in blunt snout bream is still unclear. Therefore, the purpose of this project is to clearify the biological information of related signaling pathway, investigate the relationship among aginine level, TOR-AMPK-GCN2 signaling pathway and glucose metabolism, and then demonstrate the mechanism of arginine regulate glucose metabolism via TOR-AMPK-GCN2 signaling pathway in blunt snout bream, using physiology, molecular biology, transcriptomics and metabolomics techniques. Indeed, the results of this study could obtain the optimal dietary arginine requirement based on growth and carbohydrate utilization, and make up for the deficiency of fish nutrition in this research field; on the other hand, it could provide a new idea for improving carbohydrate utilization by dietary nutrition regulation in blunt snout bream in actual production.

精氨酸作为信号分子参与机体糖代谢调控，其信号转导的关键通路TOR-AMPK-GCN2已在哺乳动物中得到充分证实，但在鱼类研究领域仍是一个较新的概念。我们研究发现：与哺乳动物类似，团头鲂饲料精氨酸过量会诱发高血糖，精氨酸也影响团头鲂TOR的表达和AMPK调控因子NOS活性，但其调控机制尚不清楚。因此本项目以团头鲂为研究对象，运用生理学、细胞生物学、分子生物学、转录组学和代谢组学等研究技术，在理清相关信号通路生物信息的基础上，研究精氨酸水平、TOR-AMPK-GCN2信号通路、糖代谢三者之间的关系，阐释精氨酸经由TOR-AMPK-GCN2信号通路调控团头鲂糖代谢的机制。并通过养殖实验进一步验证，获得满足生长、提高团头鲂糖代谢和利用的饲料精氨酸水平。通过该项目的研究，一方面弥补鱼类研究在该领域的不足，另一方面为实际生产中通过营养干预提高团头鲂饲料糖利用提供新思路。

精氨酸作为信号分子参与机体糖代谢调控，其信号转导的关键通路TOR-AMPK-GCN2已在哺乳动物中得到充分证实，但在鱼类研究领域仍是一个较新的概念，其调控机制尚不清楚。因此本项目以团头鲂为研究对象，运用生理学、细胞生物学、分子生物学、转录组学和代谢组学等研究技术，研究和分析TOR-AMPK- GCN2 信号通路关键基因序列和生物学信息，在离体和在体水平研究了精氨酸经由 TOR-AMPK- GCN2 信号通路调控糖代谢的分子机制。本项目研究：1）获得TOR和GCN2关键基因序列并进行了生物学分析：TOR进化较为保守，即使与人TOR进行比较，序列同源性仍有89.80%，与Pimephales promelas的同源性高达99.48%；而GCN2在硬骨鱼出现后又产生了一次进化，与Anabarilius grahami同源性最高，为93.28%；2）AMPK、TOR和GCN2之间存在相互调控关系：AMPK正调控TOR，TOR进而负调控GCN2，从而调控机制营养代谢；3）精氨酸可以通过AMPK-TOR/GCN2等相关信号通路调控团头鲂幼鱼的糖代谢，增强团头鲂胰岛素敏感度，进而增强机体糖代谢能力，在保证生长和机体糖代谢的情况下，团头鲂饲料适宜的精氨酸水平为1.62%-1.96%。而过量精氨酸水平会导致胰岛素抵抗引发高血糖，抑制IRS-1的表达以及激活糖异生相关基因的表达；4）通过转录组和代谢组学联合分析，确认了TOR Signaling，Mitochondrial Dysfunction，Nitric Oxide Signaling 等靶点，为后续研究指明了方向。通过该项目的研究，一方面弥补鱼类研究在该领域的不足，另一方面为实际生产中通过营养干预提高团头鲂饲料糖利用提供新思路。