赤霉素干扰GH-IGF-1轴及其相关信号转导通路的分子机制研究

Gibberellin,often also called as 920,is one of the most common plant growth regulators,which is widely used in modern agriculture with tremendous consumption and range of application at prensent. The domestic and foreign investigations have shown that gibberellin has obvious effect on promoting the growth and development of animals and tumorigenesis, however, the menchanism of action is not yet elucidated. In order to clarify the molecular mechanisms of gibberellin promoting the growth and development of animals, the methods of combining in vivo and in vitro will be adopted to investigate the molecular mechanisms on the effect of gibberellin on the GH-IGF-1 axis of rats and their related signal trasduction pathway of hepatocytes. The study will focus on the effects of gibberellin on animal growth hormone(GH) and growth hormone receptor(GHR),IGF-1,IGF-BP,IGF-1R biological activities and JAK/STAT RAS/MAPK,PI3K/AKT signal trasduction pathways in hepatocyte, etc. Gibberellin has become a common chemical pollutant in ecological environment of modern agriculture, which is a pretty typical environmental endocrine disrupting chemical, possessing serious potential hazards for human health. By exploring the molecular mechanisms that involved in Gibberellin-induced interference of GH-IGF-1 axis and JAK/STAT signaling, we will try to find the sensitive biomarkers that representing the potential harmful effect of Gibberellin, which will provide experimental evidences to formulate the safety limits of Gibberellin in the food and drinking water in China.

赤霉素（Gibberellin）俗称920，是目前现代农业生产应用范围最广的一种植物生长调节剂，国内外资料表明赤霉素对动物生长发育及肿瘤发生具有明显的促进作用，但其作用机制尚未阐明。本课题拟采用体内与体外试验相结合的方法探讨赤霉素对大鼠GH-IGF-1轴及其相关细胞信号转导通路的影响，阐明赤霉素促进动物生长发育的分子作用机制。其内容包括赤霉素对动物生长激素（GH）、肝细胞IGF-1、IGF-BP、IGF-1R、GHR活性及JAK/STAT、RAS/MAPK、PI3K/AKT等信号传导通路的影响。赤霉素已成为人类环境中的一种较为典型的环境类激素污染物，对人类健康具有严重的潜在性危害。本课题的意义在于通过探讨赤霉素干扰GH-IGF-1轴及细胞JAK/STAT等细胞信号转导通路的分子作用机制，为寻找监测赤霉素潜在性健康危害的敏感生物标记以及制定我国食品与饮水中赤霉素安全限值提供科学依据。

赤霉素（GA3）是目前现代农业生产应用范围最广的一种植物生长调节剂，国内外资料表明赤霉素对动物生长发育及肿瘤发生具有明显的促进作用，但其作用机制尚未阐明。本课题在动物试验的基础上，采用体外细胞的毒理学研究方法探讨赤霉素对大鼠GH-IGF-1轴及其相关细胞信号转导通路的影响，以阐明赤霉素促进动物生长发育的分子作用机制。本研究探讨了GA3对小鼠AML12肝细胞生长速度、ROS与GSH水平等氧化应激相关指标的影响；完成了GA3处理小鼠AML12肝细胞的全基因组分析检测。在GH的协同作用下GA3对小鼠AML12细胞的影响，研究内容包括细胞生长以及自我更新能力、细胞周期变化、ROS水平、IGF-1、IGFBP1、IGF1R的mRNA以及蛋白水平检测等；外源性给予人工合成的GH预处理细胞后利用GA3染毒小鼠肝AML12细胞检测细胞的自我更新能力及细胞细胞周期的进展，分析了GH在GA3诱导细胞增殖分化过程中的作用；利用GA3处理小鼠腺垂体细胞POMC上清液培养小鼠肝AML12细胞，检测小细胞的增殖分化能力，并进一步检测PI3K/AKT信号通路相关蛋白以及IGF-1、IGF-1R及IGF-BP1的表达，探讨GA3对细胞第二信使功能及PI3K/AKT信号通路的影响。此外，本研究也进行了一些拓展性研究，关注GA3处理对神经细胞的生长增殖、IGF-1轴相关基因表达水平以及JAK2/STAT1信号通路的影响；并且根据基因芯片的结果，检测了与GA3诱导肝毒性损伤的内质网应激指标，为进一步研究GA3对机体健康的损伤机制提供了重要研究信息。本研究的重要发现：①GA3刺激GH的分泌后再刺激靶细胞（如肝细胞）分泌IGF-1来促进细胞增殖与分化；②GA3促进IGF-1与IGF-1R的结合以及抑制IGF-1与IGF捆绑蛋白（IGFBP1）的结合；③GA3直接激活细胞第二信使功能并活化PI3K/AKT信号转导通路来促进细胞增殖与分化。赤霉素是人类环境中的一种较为典型的环境类激素污染物，对人类健康具有严重的潜在性危害。本课题的意义在于通过探讨赤霉素干扰GH-IGF-1轴及PI3K/AKT等细胞信号转导通路的分子作用机制，为寻找监测赤霉素潜在性健康危害的敏感生物标记以及制定我国食品与饮水中赤霉素安全限值提供科学依据。