哺乳动物雷帕霉素靶向基因在冷应激中的作用及机制研究

低温暴露对人和动物会造成损伤，寒冷应激过程中机体的能量代谢水平对于提高耐寒力、防止寒冷损伤非常重要，但其调控机制并不明确。本项目率先提出mTOR信号通路参与机体寒冷应激过程中能量代谢的设想，建立寒冷应激动物模型，采用Western blot、免疫荧光、高效液相色谱等技术，观察低温暴露对机体能量代谢和mTOR信号通路的影响，并采用多种调控mTOR表达及磷酸化水平的干预措施，探讨mTOR与寒冷应激反应中线粒体能量代谢的关系及其分子调控机制，并使用本教研室研制的复合中药抗寒制剂，进一步观察mTOR对于提高机体耐寒力的作用。研究结果对于寻找新的分子靶点，提高机体抗寒能力，预防寒冷应激损伤提供新的思路和理论依据。

寒冷是一种常见的环境暴露因素。机体长时间暴露于寒冷环境中，可发生体温降低或外周组织冻结，引起一系列可逆或不可逆的损伤。以往研究发现寒冷暴露可影响机体的能量代谢，而机体能量代谢水平与其冷适应能力又密切相关。寒冷影响能量代谢的机制目前尚不清楚，本研究通过建立大鼠急性冷暴露模型，采用生理学、组织病理学、分子生物学等领域的实验技术，研究急性冷暴露对大鼠体温及能量代谢的影响，并重点研究了PI3K-AKT通路信号及其调控下游靶分子哺乳动物雷帕霉素靶向基因（mTor）参与肝脏能量代谢的分子调控机制。研究结果显示：﹣15℃急性冷暴露可导致机体中心体温下降，血糖水平、游离脂肪酸合成率下降，与能量代谢密切相关的一些激素（如甲状腺素、糖皮质激素等）的水平增高，表明机体能量代谢的稳定受到破坏。在此模型基础上，我们探讨了肝脏在急性冷暴露过程中受到的影响极其作用机制。结果显示：急性冷暴露后，大鼠肝细胞发生水肿、空泡样变性，肝细胞线粒体的轻度肿胀、糖原减少，ATP含量先升后降，表明在急性冷暴露过程中，肝细胞的能量水平和能量供给随暴露时间延长而受到抑制。进一步研究发现：肝脏AKT、mTOR、p70 S6K蛋白的部分位点均发生明显的磷酸化，而在给予PI3K抑制剂Wortmannin后，冷暴露组大鼠肝脏ATP水平的升高受到抑制，表明PI3K-AKT-mTor通路参与了急性冷暴露过程中促进肝细胞产生ATP的过程。另外，我们还观察了自主研发的复合营养素对于冷暴露大鼠能量代谢稳定的保护作用。预服复合营养素3周对机体在冷环境中体温的维持、糖脂代谢以及肝细胞ATP含量的稳定具有一定的作用，并显著减轻了急性冷暴露所导致的肝细胞损伤，而这种保护作用可能与维持肝细胞AKT正常的磷酸化水平有关。综上所述，本研究得出如下结论：1）寒冷应激可引起机体能量代谢的变化。2）PI3K- AKT通路在寒冷应激条件下肝脏能量代谢中发挥重要的调控作用，通路中mTOR、AKT、p70 S6K等蛋白的磷酸化水平的改变与肝脏ATP的水平密切相关。3）我们研制的复合营养素对于机体在寒冷应激中中心体温的维持和能量代谢的稳定起到重要的作用，并减轻肝细胞的损伤。本研究为进一步明确寒冷影响机体能量代谢的机制，探索提高机体耐寒力、预防寒冷损伤的措施提供了重要的研究基础。