细胞因子SFRP5通过“脑-肝”轴对外周脂-糖代谢的调控机制研究

The hypothalamus, as a center of Metabolism and energy homeostasis, has been receiving increasing attention due largely to its role in obesity and insulin resistance (IR). It has been demonstrated that the hypothalamus can sense cytokine, hormones and nutrients to regulate lipid and glucose homeostasis. Although the metabolic effects of SFRP5 have been reported, to date, it is unknown whether this peptide signals are mediated through a brain-liver neuronal network to control glucose and lipid homeostasis in vivo. Previous research has found that the increase in hypothalamic SFRP5 expression on high fat diet accompany with ameliorate insulin sensitivity.Overexpression SFRP5 can activate AKT/PI3K signaling system in cell experiment. In this study, the effects of SFRP5 on glucose and lipid kinetics will be assessed by association intracerebroventricular infusions with euglycemic-hyperinsulinemic clamp studies based on three tracer-dilution methodologies as well as molecular biology methods. In addition, the effects of central SFRP5 on glucose and lipid kinetics will be also assessed by SFRP5 Neutralizing antibody. Finally, the underlying brain-liver neuronal network and molecule mechanisms of SFRP5 signaling will be further revealed. These data will highlight a previously unappreciated role of central SFRP5 signaling in regulation of glucose and lipid homeostasis and insulin sensitivity.

近年来,下丘脑作为调节机体代谢和能量平衡的枢纽在肥胖和胰岛素抵抗中的作用备受关注。已有研究显示下丘脑能够感知营养素、细胞因子和激素信号的变化对机体脂糖代谢进行调节。SFRP5,作为一个与代谢相关的细胞因子，其在机体外周组织的作用已有报道。然而，其信号在体内“脑-肝”之间转导对代谢的调节机制，目前并不清楚。本课题的前期研究发现：下丘脑SFRP5表达增加的高脂喂养大鼠，胰岛素敏感性明显增强。进一步在细胞实验中发现过表达SFRP5能激活AKT/PI3K信号系统。因此本研究拟从中枢和外周组织器官两个层面将中枢第三脑室微量灌注系统和扩展胰岛素钳夹技术相结合,并利用3-[3H]葡萄糖、2-脱氧-3H葡萄糖和C14乳酸盐三种示踪技术及分子生物学方法，分别探讨下丘脑SFRP5信号变化对外周组织脂-糖代谢动力学的影响。本课题将从体内代谢组学的角度，全面解读SFRP5及“脑-肝”轴对脂-糖代谢调节的意义。

SFRPs是哺乳动物基因编码的分泌蛋白，这种蛋白包括了一种胱氨酸丰富的配体连接区域，这种蛋白是在卷曲蛋白家族的跨膜受体中被发现。大量实验发现，SFRPs家族蛋白成员都竞争性的与卷曲蛋白结合Wnt配体，从而抑制Wnt信号通路的激活。本研究从中枢和外周组织器官两个层面进行，应用中枢第三脑室微量灌注系统和扩展胰岛素钳夹技术,并利用3-[3H]葡萄糖、2-脱氧-3H葡萄糖和C14乳酸盐三种示踪技术及分子生物学方法，分别探讨下丘脑SFRP5信号变化对外周组织脂-糖代谢动力学的影响。我们发现中枢输注Sfrp5可以有效地改善高脂诱导的胰岛素抵抗大鼠胰岛素敏感性，降低摄食、升高体温、减轻体重、增加氧气消耗。同时中枢输注Sfrp5对胰岛素抵抗大鼠的糖耐量异常的改善作用可能是通过依赖下丘脑ATP敏感的钾离子通道介导及DVC内NMDA受体激活发挥作用，并经肝迷走神经传递神经冲动信号至肝脏。探讨了中枢输注Sfrp5对胰岛素抵抗大鼠能量代谢的调节、糖耐量异常及胰岛素抵抗状态的改善作用，并深入探究可能潜在的分子生物学机制。在脂代谢方面，我们探讨了中枢输注Sfrp5对高脂饮食诱导下丘脑炎症大鼠肝脏VLDL-TG分泌的影响。实验发现高脂大鼠中枢输注Sfrp5后，其下丘脑p-JNK/JNK水平较高脂对照组明显降低；同时由于普食大鼠中枢输注Sfrp5后，其下丘脑p-JNK/JNK水平较普食对照组无明显变化，提示中枢输注Sfrp5降低高脂大鼠肝脏VLDL-TG的分泌，是通过抑制下丘脑JNK通路作用。当离断肝迷走神经后，中枢Sfrp5无法降低高脂大鼠肝脏VLDL-TG分泌，证实了中枢输注Sfrp5通过抑制高脂大鼠下丘脑炎症从而降低肝脏VLDL-TG的作用高度依赖“脑-肝轴”。这也将为治疗代谢综合征，胰岛素抵抗或2型糖尿病患者VLDL-TG分泌症提供新的药物靶点。