亮氨酸对猪脂肪细胞代谢和脂肪沉积的影响及机制

One of the goals of animal nutrition research is to reduce livestock and poultry fat deposition, and improve feed conversion rate. Previous study showed that leucine and arginine took an important role in reducing animal fat deposition, which has been clarified by the experiment from our lab. But until now no data are shown about the regulation of leucine on porcine adipose cell in vitro and fat deposition in vivo. This project intends to investigate effects of leucine supplementation on fat deposition of piglets and proliferation, differentiation of adipocytes and its mechanism by in vivo and in vitro experiments. (1) On the cell level, the effect of leucine on proliferation, differentiation, tansmembrane permeability, protein turnover by the methods involved cell culture, isotope tracing, western blot, and real-time PCR. The role of mTOR signaling pathway will be illustrated in this process. (2) On the whole level, effects of dietary supplementation with leucine on animal performance, fat deposition, the size and morphology of adipocytes, blood biochemistry, and gene expressions related with fat metabolism will be investigated by establishing high-fat induced obesity model. The phosphorylated level of mTOR signaling pathway will be analyzed. The results will elucidate the anti-adipogenic effects and mechanism of leucine, which will provide important guidance for the use of leucine on the nutritional regulation of fatty metabolism.

动物营养研究的重要目标是降低畜禽脂肪沉积，提高饲料转化率。研究表明，亮氨酸具有抑制动物脂肪沉积的作用。但以猪为对象系统探讨亮氨酸的抗聚脂效应还鲜见报道。本研究通过体内、外饲养结合，探讨亮氨酸对仔猪脂肪沉积和脂肪细胞代谢的影响及机制。(1) 在细胞水平上：以猪前体脂肪细胞为模型，通过细胞培养、同位素示踪、Western blot、Real-time PCR等技术手段，探讨亮氨酸对猪脂肪细胞的增殖、分化、蛋白质周转、细胞膜通透性等的影响，以探明亮氨酸对猪乳腺上皮细胞的调控效应；并探讨mTOR通路在此调控过程中的地位； (2) 在整体水平上，通过构建仔猪的高脂肪诱导肥胖模型，观察亮氨酸对猪生产性能、脂肪沉积、脂肪细胞大小和形态、血液生化、脂代谢相关基因表达等的影响，并分析不同组织的mTOR通路信号分子磷酸化水平。研究结果将阐明亮氨酸抑制脂肪沉积的效应及机制，为氨基酸的脂质营养调控提供理论依据。

养猪生产中，育肥中后期脂肪沉积速度快于蛋白质沉积速度，料肉比升高；能量摄入与能量消耗失调脂肪代谢易发生紊乱。因此减少猪育肥后期的脂肪沉积意义重大。研究发现支链氨基酸具有多功能性，包括对脂质代谢具有调节效应。本研究通过育肥猪体内试验和建立高脂诱导肥胖模型，采用代谢组学、脂质组学等技术探讨支链氨基酸对动物血清甘油三酯、白色脂肪沉积、糖稳态、胰岛素敏感性等影响，以阐明对脂质代谢的调控及其机制。重要结果和关键数据如下：.日粮添加亮氨酸对平均日增重、料肉比、屠宰率并无显著影响，但采食量和背膘厚均有所降低。亮氨酸显著降低育肥猪血清甘油三酯的含量；对血清胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇等无显著影响。代谢组学显示，肝脏中许多脂肪酸代谢相关物质包括二十二碳五烯酸等在内的表达差异显著。KEGG富集通路分析表明，包括氨基酸生物合成、甘油酯代谢等在内的多条通路差异显著。脂质组学分析显示，PC(18:0_20:2)等在肝脏组织中的表达差异显著。脂肪组织中炎症相关基因Cd68、Lcam1等的表达显著下降。.亮氨酸、异亮氨酸、或二者混合物，可降低高脂诱导肥胖小鼠体重，且白色脂肪相对重量降低，肝脏、脾脏的器官指数下降；血清中甘油三酯、胰岛素和游离脂肪酸含量显著降低；血清葡萄糖和瘦素含量显著降低，脂联素含量显著提高；葡萄糖耐量和胰岛素耐量试验的曲线下面积均降低。表明亮氨酸、异亮氨酸和其混合物可降低脂肪沉积，改善胰岛素敏感性。肝脏中Acc、Fas等脂生成基因的表达降低，Ampk、Atgl和Hsl等脂降解基因的表达升高，白色脂肪组织的棕色化水平提高。但是添加缬氨酸反而促进了脂肪沉积，提高了体重和血清中甘油三酯的含量，葡萄糖代谢紊乱，降低其胰岛素敏感性，抑制脂解基因的表达，导致肝脏脂质沉积加剧。.综上，本研究阐明支链氨基酸中的亮氨酸和异亮氨酸具有降低脂肪沉积的效应，可显著改善脂质代谢；而缬氨酸不具备此效应。本研究加深了对支链氨基酸的认识，为新型脂肪调控添加剂开发提供重要参考。