17β-HSD11在有氧运动调控骨骼肌脂滴动态变化及改善胰岛素抵抗中的作用

Ectopic lipid accumulation has been directly linked to metabolic syndromes, which is able to be partially rescued by aerobic exercise. Skeletal muscle lipid droplet, as a cellular organelle for storage of neutral lipids, plays a key role in metabolic syndromes. Our previous work identified that 17-beta-hydroxysteroid dehydrogenase 11（17β-HSD11） is a major protein on skeletal muscle lipid droplet, suggesting that it may link to insulin resistance and metabolic syndromes. In the present work, we established 17β-HSD11 transgenic mice and skeletal muscle cell line. In high lipid condition, we will determine the effect of aerobic exercise on skeletal muscle 17β-HSD11 expression and location, lipid droplet dynamics，and insulin resistance，as well as their relationship. We will also identify 17β-HSD11-regulated lipid droplet proteins by comparative proteomics and co-immunoprecipitation. Furthermore, we will modify the expression of 17β-HSD11 and 17β-HSD11 regulated-lipid droplet proteins in skeletal muscle cell line, and investigate their functions on lipid droplet dynamics and insulin resistance. The purpose of this study is to elucidate molecular mechanism of the effect of aerobic exercise on skeletal muscle insulin sensitivity, and provide new evidence on the prevention and cure of metabolic syndromes.

脂质异位储存是引起代谢综合症的关键因素，有氧运动通过氧化代谢脂质减缓各类代谢疾病的发生发展。骨骼肌脂滴作为中性脂质储存的细胞器，其动态变化与代谢疾病的发生发展密切相关。我们前期研究发现17β-HSD11在骨骼肌脂滴上高表达，可能与脂质异位存储引起的胰岛素抵抗关系密切。构建了17β-HSD11转基因小鼠动物及骨骼肌细胞模型。我们计划在正常和高脂负荷下，检测有氧运动对小鼠骨骼肌17β-HSD11表达和定位、脂滴动态变化及胰岛素抵抗的影响，以及它们之间的相关性。并通过比较蛋白质组学和免疫共沉淀方法寻找与17β-HSD11变化相关的脂滴差异蛋白。调控17β-HSD11和这些脂滴差异蛋白在骨骼肌细胞中的表达，进一步探讨17β-HSD11调控骨骼肌脂质代谢和胰岛素抵抗的分子机理。为探索有氧运动改善骨骼肌胰岛素灵敏性机制，以及为开发预防和治疗代谢综合征的方法和药物提供重要理论依据和线索。

脂质异位储存是引起代谢综合症的关键因素，有氧运动通过氧化代谢脂质减缓各类代谢疾病的发生发展。骨骼肌脂滴作为中性脂质储存的细胞器，其动态变化与代谢疾病的发生发展密切相关。我们通过脂滴蛋白质组学分析在所有生物的脂滴上发现了羟类固醇脱氢酶(HSD)家族。成像实验证实了三个代表性HSD蛋白的靶向性，包括RHA1中的ro01416、线虫中的DHS-3和人类细胞中的17β-HSD11。此外，17β-HSD11家族的n端疏水结构域是其靶向脂滴的必要条件。17β-HSD11家族蛋白诱导了线虫的脂滴聚集，DHS-3的缺失会导致血脂下降。17β-HSD11家族蛋白独立于其假定的催化位点，17β-HSD11家族蛋白通过影响与脂滴相关的ATGL来调节脂滴的动态和脂质代谢，而该ATGL在线虫和人类之间是保守的。本研究成功构建17β-HSD11转基因小鼠模型、C2C12细胞分化和胰岛素抵抗模型。我们发现17β-HSD11在转基因小鼠各组织中均有表达，但主要是表达于肝脏和骨骼肌。17β-HSD11能提高转基因小鼠肝脏、血清和骨骼肌中TAG水平，但对葡萄糖耐量无影响。转基因小鼠ATGL和OXPAT表达水平显著高于野生型小鼠（P<0.05）。17β-HSD11能够显著降低转基因小鼠的耗氧量和总能量消耗。脂肪酸通过影响脂滴表面蛋白增加小鼠骨骼肌细胞脂滴含量。棕榈酸降低p-AKT表达，引起小鼠骨骼肌C2C12细胞胰岛素抵抗；油酸对p-AKT表达无影响。电刺激模拟有氧运动影响促进ATGL和OXPAT表达，减少脂质积累，增加p-AKT和GLUT4表达，改善胰岛素抵抗。本研究进一步阐明了脂代谢调控的分子机制，为进一步研究运动防治2型糖尿病等代谢疾病中的机理提供实验依据。