盐度胁迫对红耳龟AMPK通路及其相关脂肪代谢机制的影响

The red-eared slider (Trachemys scripta elegans), identified as one of the 100 most dangerous invasive species in the world, is a freshwater turtle originally from the eastern United States and northeastern Mexico. Our field investigation has shown that T. s. elegans can survive and breed successfully in saline habitats. To survive in saline habitats, this species needs to maintain normal cellular function and physiological processes by osmoregulation; this is achieved by various enzymes and transporters, which, to be synthesized, requires the consumption of considerable energy. The molecular mechanism of energy utilization during osmoregulation remains unclear. In this study, following the guiding hypothesis that salinity stress leads to cellular energy depletion, the cellular energy regulator AMP-activated protein kinase (AMPK) will be systematically studied. Modern biological techniques will be used to explore the expression of target genes and proteins. Additionally, we will investigate the activity of key enzymes in the regulation of lipid metabolism of T. s. elegans by ambient salinity change via AMPK pathway. These results will have three impacts: (1) clarify the role of the AMPK pathway during salinity stress and the mechanism of salinity adaptation in T. s. elegans, (2) provide theoretical and practical guidance for the prevention on the invasion of T. s. elegans, and (3) supplement the basic theory of turtle stress physiology.

红耳龟，世界最危险的100个外来入侵物种之一，原来生活于淡水，我们前期的野外调查表明红耳龟可在半咸水中成功繁殖，室内实验研究表明红耳龟在盐度胁迫下，机体会通过一系列的生理过程耗费大量能量来保持体液与环境或细胞内外的渗透压平衡，但有关能量调节的分子机制研究尚属空白。单磷酸腺苷蛋白激酶（AMPK）作为“细胞能量调节器”，可参与调节机体能量消耗和摄入以维持细胞能量平衡。本项目将以AMPK通路为突破口，分别从基因转录、蛋白表达、酶活性等方面，系统研究环境盐度如何通过AMPK通路调控机体脂质代谢中相关激素受体、关键节点AMPK及其下游脂肪氧化与合成等环节关键酶活性及靶基因表达，阐明AMPK通路在红耳龟盐度胁迫的作用过程和可能机制，弄清红耳龟入侵半咸水的适应生理，研究结果可预测其在世界范围可能入侵的半咸水环境，为红耳龟的防治提供理论及实践指导，并补充和完善龟类胁迫生理学的基础理论。

红耳龟(Trachemys scripta elegans)是世界最危险的100个外来入侵物种之一，现已成功入侵除南极洲以外的五大洲。该物种原栖息于淡水环境中，但野外调查发现它可入侵半咸水环境。盐度作为胁迫因子，必将引起机体为抵抗胁迫所需的能量代谢的改变。单腺苷酸激活的蛋白激酶(AMPK)是细胞能量感受器，广泛介导机体能量代谢的调节。因此，本项目研究了红耳龟AMPK的组织分布特性，并进一步研究了红耳龟在不同盐环境下胁迫6h、24h和48h以及30d的影响，从基因表达量、蛋白酶活性、血清效应物浓度三方面分别探讨急性和慢性盐度胁迫下AMPK调控红耳龟脂肪代谢适应盐度胁迫的分子机制。结果如下：. AMPKα1mRNA表达从高至低依次是肝脏、心肌、骨骼肌、肾脏、肠和肺脏，AMPKα2mRNA在肾脏中表达量最高，其次是骨骼肌和心脏。AMPKβ1mRNA在骨骼肌、肝脏和肾脏中表过量最高，其次是心脏、肺脏和小肠；AMPKβ2mRNA在骨骼肌中表达量最高，其余五种组织中差异不显著；AMPKγ1mRNA在骨骼肌中表达量最高，而在肝脏、小肠和肺脏中表过量最低；AMPKγ2mRA在心脏中表达量最高。AMPKα1亚基全长4169bp，含有一个1683bp的开放阅读框，编码560个氨基酸，分子量为64kDa。氨基酸序列中大量的O-糖基化和磷酸化位点表明它们具有磷酸酶和转录因子的特征。. 红耳龟在急性盐度胁迫下，肝脏AMPK mRNA表达量变化不显著，但其活力得到显著提高，抑制 ACC活性使脂质氧化增强，使FAS和HMGR活性下降，从而减弱了脂肪合成能力，其主要途径是通过降低血清甘油三酯含量以实现对脂肪代谢的调控。. 红耳龟生活于盐度<10‰水环境30d时，AMPK活性增加，抑制ACC、HMGR和FAS活性，促进脂肪酸的氧化和抑制脂肪酸合成，产生更多能量以满足盐度胁迫的能量需求，血清脂质代谢物含量无显著变化，脂质代谢趋于平衡，使红耳龟能较好地适应低盐(<10‰)环境，这在一定程度上可解释红耳龟在我国海南南渡江入海口的半咸水环境(盐度为5.3-14.6‰)生存的适应机制。