褪黑激素及其受体调控牛肌内前体脂肪细胞增殖分化的作用及机制

Melatonin is a kind of neuroendocrine hormone secreted by the pineal gland, its biological effects principally through two high affinity G protein-coupled receptors MT1 and MT2 in mammals. Preview research found the melatonin and its receptors were tested in bovine intramuscular preadipocyte, and exogenous melatonin affected the proliferation of bovine intramuscular preadipocyte. But the function of melatonin and its regulatory mechanism is still unclear. The program is about to figure out the effects of melatonin on bovine intramuscular preadipocyte proliferation and differentiation by the receptor blocking test. Then explore the role of AC-cAMP-PKA and PLC-IP3/DAG-PKC signaling pathways in MT1 and MT2 mediating role of melatonin function by RNAi methods. Meantime, analyze the effect of PI3K/Akt and MAPK/ERK signaling pathways on bovine intramuscular preadipocyte proliferation and differentiation, and investigate the antioxidant effect of melatonin. This study can not only illuminate the role of melatonin in bovine intramuscular preadipocyte, reveal the pathway and mechanism of action of melatonin receptor mediates the biological effects of melatonin, as well as further perfect the mechanism of melatonin, but also can provide a basis for production application in beef cattle of melatonin and its receptors.

褪黑激素是一种由松果体分泌的神经内分泌激素，在哺乳动物中，其主要通过高亲和力G蛋白偶联受体MT1和MT2发挥广泛的生理作用。前期工作中，我们在牛肌内前体脂肪细胞中检测到MT1和MT2的表达，初步发现外源褪黑激素影响牛肌内前体脂肪细胞增殖，但其具体作用及机制还有待进一步研究。本项目拟采用受体阻断等技术，明确褪黑激素对牛肌内前体脂肪细胞增殖分化的具体作用；利用RNAi等技术，探讨AC-cAMP-PKA和PLC-IP3/DAG-PKC信号通路在MT1和MT2介导褪黑激素调控牛肌内前体脂肪细胞增殖分化中的作用，同时研究PI3K/Akt和MAPK/ERK信号通路对脂肪细胞增殖分化的影响，并分析了褪黑激素的抗氧化作用。此研究不仅可以阐明褪黑激素调控牛肌内前体脂肪细胞增殖分化的作用及其机制，还可丰富褪黑激素受体介导褪黑激素功能的作用方式，为褪黑激素及其受体在肉牛生产中改善肌内脂肪含量的应用奠定基础。

肌内脂肪是对牛肉品质影响的主要因素之一，肌内脂肪含量的增加在分子水平上表现为脂肪细胞的增殖和分化。褪黑激素是由松果体分泌的一种吲哚类激素,除了具有促进睡眠、抑制肿瘤、抵抗氧化、增强机体免疫力等作用外，还参与体内的物质和能量代谢。目前，关于褪黑激素对牛肌内前体脂肪细胞增殖分化的研究还未见报道。基于此，本研究通过体外细胞技术探讨褪黑激素对牛肌内前体脂肪细胞增殖分化的调控作用。研究发现，褪黑激素对牛肌内前体脂肪细胞增殖调控作用不显著；1 mM褪黑激素显著促进了牛肌内前体脂肪细胞脂滴的形成和甘油三酯的积累；褪黑激素显著促进了脂质分解速度，脂质分解过程中关键基因HSL、ATGL和PLIN1 表达量显著上调。同时，褪黑激素通过促进抗氧化酶GPX4和SOD1的表达和活性的增强显著降低了细胞中的抗氧化水平。此外，研究还发现褪黑激素受体MT2显著抑制了褪黑激素对牛肌内前体脂肪细胞分化和脂质分解的促进作用，PI3K/Akt 和MAPK/ERK 信号通路均可能参与褪黑激素对牛肌内脂肪细胞分化过程调控。综上所述，褪黑激素通过MT2受体促进牛肌内前体脂肪细胞分化过程中甘油三酯的积累。此研究不仅可以阐明褪黑激素调控牛肌内前体脂肪细胞分化的作用机制，同时为褪黑激素在肉牛生产中改善肌内脂肪含量的应用奠定基础。