GPR120细胞信号通路在黄斑蓝子鱼HUFA合成调控中的作用及机制研究

Clarification for the regulatory mechanism of teleost HUFA biosynthesis is the fundamental step to relieve the crisis of the fish oil (FO) replacement with vegetable oil (VO) in compound feed. At present, the regulation on teleost HUFA biosynthesis has obtained excellent achievements at transcriptional and post-transcriptional level, while in cellular signal transduction level, there was little research on such field. Recently, there is a report in mammal that the G-protein-coupled receptor (GPR120) cellular transduction pathway is involved in adipogenesis, whether this signal pathway regulates HUFA biosynthesis is unknown at present. The primary experiment on Siganus canaliculatus hepatocyte line (SCHL) suggested that there could be one GPR120 signaling pathway, GPR120-AMPK-SREBP-1-∆6/∆5 Fad and Elovl5, which might be involved in the regulation of HUFA biosynthesis. Thus, present study is performed systematically on SCHL cell line with the technology of cell culture and molecular biology to identify the regulatory mechanism of such signal pathway to HUFA biosynthesis. Finally, the research achievement would provide novel content for regulatory mechanism in teleost HUFA biosynthesis, which could be the first report of GPR120 signaling pathway involved in regulation on vertebrate HUFA biosynthesis.

阐明鱼类高不饱和脂肪酸（HUFA）合成调控机制是解决配合饲料中植物油替代鱼油问题的基础。目前，有关HUFA合成关键酶基因的转录调控和转录后调控机制研究已取得较好进展，但关于调控HUFA合成的细胞信号通路尚未见报道。在哺乳类的研究显示，G蛋白偶联受体120（GPR120）细胞信号通路与脂肪合成调控有关，但其是否参与HUFA合成调控尚不清楚。我们利用黄斑蓝子鱼肝细胞系（SCHL）进行初步研究发现，其中可能存在一条与HUFA合成调控有关的GPR120细胞信号通路：GPR120-AMPK-SREBP-1-HUFA合成酶（∆6/∆5 Fad和Elovl5）通路。本项目拟以SCHL为对象，借助细胞学和分子生物学技术，系统探究GPR120细胞信号通路在HUFA合成调控中的作用及机制。研究成果将为揭示鱼类HUFA合成调控机制增添新内容，将是GPR120细胞信号通路参与脊椎动物HUFA合成调控的首次报道。

本项目以黄斑蓝子鱼（Siganus canaliculatus）为研究对象，研究了GPR120-ERK1-Srebp1信号途径参与调控黄斑蓝子鱼HUFA合成代谢的分子机制，开展的具体研究内容及取得的主要结果有：1. GPR120两个激动剂（TUG-891和GW9508）处理SCHL（Siganus canaliculatus hepatic cell line）细胞后，进行了三个水平的检测分析，依次是（1）GC-MS检测分析GPR120两种激动剂对HUFA合成的影响；（2）转录组差异表达分析TPM（Transcripts Per Million）；（3）Q-PCR分析该信号途径中关键蛋白基因表达量的变化；结果表明，GPR120信号途径通过降低参与HUFA合成的关键酶基因Δ6/Δ5 Fad、Elovl5的表达量，来降低SCHL细胞中的DHA组成含量，而涉及该调控过程的信号蛋白可能是：细胞外信号调节激酶1（ERK1）、雷帕霉素靶蛋白（TORC2）、磷酸腺苷活化蛋白激酶（AMPKα2 ）以及转录因子固醇调节元件结合蛋白1（Srebp-1）；2. 为进一步确定是哪一种信号蛋白参与了SCHL细胞中HUFA合成的调控过程，通过以下药物处理SCHL细胞：五种PUFA（LA、ALA、ARA、EPA和DHA）、ERK1的三种抑制剂、TOR和AMPK的激动剂抑制剂、Srebp1的两种抑制剂，在基因表达水平和脂肪酸的组成含量水平检测GPR120信号途径对HUFA合成的影响，结果显示，GPR120-ERK1-Srebp1细胞信号途径参与了SCHL细胞中HUFA合成的调控过程，而AMPK和TOR信号途径则可能部分参与了SCHL细胞中HUFA合成的调控过程；3. 克隆黄斑蓝子鱼ERK1基因，并进行相应的生物信息学分析、生物进化树分析、组织特异性分析，最后分析了饲料脂肪源和环境盐度对ERK1基因表达的调控模式。通过本项目的系列研究，从分子水平上阐明了GPR120-ERK1-Srebp1细胞信号途径通过调节HUFA合成关键酶基因的表达参与调控黄斑蓝子鱼HUFA合成代谢的可能机制，这是鱼类HUFA合成代谢中首次开展的细胞信号调控机制研究，可以为全面揭示鱼类HUFA合成代谢调控机制提供全新的资料，也可以为研发提高鱼类HUFA内源性合成能力的方法提供新的思路。