线粒体microRNA介导的姜黄素抗氧化机制研究

Investigation of diet-genome interactions has become an exciting new field in current epigenetic research. As a natural food additive with antioxidant activity, curcumin is closely associated with epigenetic regulation and mitochondrial functions. However, it remains to be elucidated whether mitochondrial microRNAs (mt-miRNAs) play a role in mitochondria-mediated curcumin antioxidation. And the biological efficiency of curcumin is not high, lacking efficient scientific evaluating criteria. Taking advantage of the high throughput sequencing technology, along with the modern molecular cell biology techniques, the current study will screen for curcumin-regulated mt-miRNAs and examine their role in mitochondrial biogenesis and antioxidant activity. This will reveal the mechanism underlying mt-miRNA-mediated curcumin antioxidation on the cellular level, and to identify the mt-miRNA markers for evaluating curcumin's antioxidant effect. Furthermore, an animal model will be applied to address whether mt-miRNAs and the antioxidant activity are altered upon variations of diet curcumin (i.e. the amount and the physicochemical properties) on the whole body level. Finally, the potentiality of mt-miRNAs as an indicator for curcumin’s absorption and utilization will be evaluated, which may shed insights on establishment of new evaluation methods for diet nutrients.

膳食-基因组相互作用的研究是表观遗传学的一个新分支。姜黄素是具有抗氧化活性的天然食品添加剂，其活性作用与表观遗传及线粒体的功能密切相关。但线粒体介导的姜黄素抗氧化作用是否涉及线粒体microRNAs（mt-miRNAs）的调控？这一过程的生物学机制还有待进一步研究。且姜黄素的生物效率不高，缺乏有效的科学评价标准。本项目拟采用高通量测序技术，并结合现代分子细胞生物学方法，筛选受姜黄素调节的mt-miRNAs，分析其与线粒体生物合成及抗氧化之间的关系，在细胞水平上揭示mt-miRNAs介导姜黄素抗氧化作用的分子机制，确定姜黄素抗氧化效用评价的mt-miRNA标记物。然后，通过建立小鼠动物模型，在整体水平上研究膳食中姜黄素的含量和理化特性对mt-miRNAs及线粒体抗氧化能力的影响，分析mt-miRNA标记物作为姜黄素吸收利用评价指标的潜力，为膳食营养评价新方法的建立提供科学依据。

膳食-基因组相互作用的研究是表观遗传学的一个新分支。姜黄素是具有抗氧化活性的天然食品添加剂，其活性作用与表观遗传调控及线粒体的功能密切相关，但具体的分子机制还不明确。为了阐释姜黄素的抗氧化作用是否涉及线粒体microRNAs（mt-miRNAs）的调控，本项目开展了以下研究：（1）探讨姜黄素对线粒体mt-miRNAs表达的调节作用，筛选受姜黄素调节的mt-miRNAs；（2）以体外培养的细胞为模型，在细胞水平上揭示mt-miRNAs介导姜黄素抗氧化作用的可能分子机制；（3）以老年小鼠为动物模型，探讨姜黄素对小鼠抗氧化及线粒体的影响。本项目的主要研究结果如下：（1）姜黄素的作用导致大量miRNAs，包括mt-miRNAs的表达发生显著变化，说明姜黄素可以调节线粒体的表观遗传；（2）受姜黄素的调节的mt-miRNAs，包括let-7d-5p，miR-22-3p，miR-494和miR-125b-5p具有氧化应激调节作用，对它们的靶基因的筛选和抗氧化活性测定已基本完成。初步确定它们可作为姜黄素抗氧化效用评价的mt-miRNA标记物；（3）以老年小鼠为模型的姜黄素抗氧化作用研究结果表明灌喂姜黄素有效提高了老年小鼠肝脏和血浆的抗氧化能力。因此，本项目的开展揭示了mt-miRNA对姜黄素抗氧化的介导作用及可能的调控机制。从表观遗传的角度探讨抗氧化功能食品的生物学功能，评价受姜黄素调节的mt-miRNA标记物作为姜黄素吸收利用评价指标的潜力，有利于阐释姜黄素抗氧化的表观遗传作用机制，并为膳食营养评价新方法的建立提供科学依据。