姜黄素调控猪间充质干细胞向脂肪细胞分化及Krüppel样因子转录网络的介导作用

Curcumin (diferuloylmethane) is a polyphenol derived from edible spices and can suppress the clonal proliferation of mouse 3T3-L1 preadipocytes and inhibit adipogenesis by regulating the expression and activity of PPARγ and C/EBPα that are the core transcription factors of adipogenesis. The Krüppel-like factor (KLF) family constitutes a upstream transcriptional regulatory network of PPARγ, and plays an important role in the early adipose differentiation. This study aims to clarify that the curcumin regulates the differentiation of mescenchymal stem cell into adipocyte through the mediation of Krüppel-like factors in pig. The quantitative real time PCR (qRT-PCR), Western blot, cytochemistry and cell culture will be performed to detect 1) time-course expression of KLFs during early differentiation; 2) The correlation between time-course expression of KLFs and C/EBPs or PPARγ; 3) The regulation of curcumin in adiposcyte differentiation; 4) curcumin regulating the expression of C / EBPs and PPARγ through mediation of KLFs; 5) curcumin regulating the expression of KLFs through mediation of MAPK signaling pathway. The expected results would play an important role in clarifying the regulation mechanism of adipocyte differentiation in pig, construction of animal model of disease and the lean pig production.

姜黄素是来源于食用香料的多酚类物质，它能够抑制小鼠3T3-L1前脂肪细胞的克隆性增殖，而且通过调控脂肪形成核心转录因子PPARγ和C/EBPα的表达和活性抑制脂肪形成。Krüppel样因子家族构成PPARγ上游转录调控网络，在脂肪分化早期发挥重要作用。本研究旨在阐明姜黄素通过Krüppel样因子的介导作用调控猪间充质干细胞向脂肪细胞分化。采用实时定量RT-PCR、Western、细胞化学和细胞培养等技术，从基因、蛋白质和细胞水平上进行如下检测分析：1）分化早期KLFs各成员的时序表达；2）KLFs的时序表达与C/EBPs和PPARγ表达的相关性；3）姜黄素对脂肪细胞分化的调控作用；4）姜黄素通过KLFs的介导作用调控C/EBPs和PPARγ的表达；5）姜黄素通过MAPK信号通路的介导作用调控KLFs表达。研究结果对阐明猪脂肪分化调控机制，构建动物疾病模型及生产瘦肉型猪都具有重要意义。

姜黄素是一种多酚类物质，它能够降低小鼠肥胖的形成，阻碍小鼠前脂肪细胞的分化。脂肪细胞的分化涉及到多种转录因子构成的网络调控，其中过氧化物酶体增殖物激活受体γ2（PPARγ2）是核心转录因子，能够启动脂肪表型基因的表达。而在PPARγ2的上游，由Krüppel样因子家族(KLFs)构成转录调控网络，从正反两个方向调控PPARγ2的表达。本研究旨在证实，姜黄素能否抑制猪间充质干细胞（MSCs）的分化，其抑制作用是否与抑制PPARγ2的转录相关，而且是否由KLFs介导。.通过项目研究，分离纯化了三种猪MSCs，即猪骨髓间充质干细胞（BMSCs）、猪脂肪间充质干细胞（AMSCs）、猪去分化脂肪细胞（DFAT），经表面抗原检测证明为纯度达95%以上的MSCs；经诱导成脂分化潜能检测，BMSCs和AMSCs的分化率约达50-60%，DFAT的分化率达80%以上；PPARγ2的表达在三种猪MSCs成脂分化过程中呈时间依赖性增加；1-10μmol/L姜黄素能够促进猪BMSCs的增殖，但没有影响AMSCs和DFAT的增殖，而15-30μmol/L姜黄素能够显著抑制三种MSCs的增殖；1-30μmol/L姜黄素呈浓度依赖性抑制三种MSCs的成脂分化，并显著抑制PPARγ的表达；在猪AMSCs和DFAT成脂分化过程中，KLF2的表达在诱导成脂分化3-6h已达高峰，以后持续下降，姜黄素处理能够上调各诱导时间段KLF2的表达；在猪AMSCs成脂分化过程中，KLF4的表达在成脂诱导2d时就有显著上调，4d时达到高峰，此后持续高表达，姜黄素处理能够显著下调各诱导时间段KLF4的表达；KLF7的表达在诱导成脂分化6h已达高峰，以后持续下降，姜黄素处理能够上调各诱导时间段KLF7的表达；KLF15表达在诱8d时显著增加，并随诱导时间延长逐步增加，姜黄素处理能够上调诱导各时间段KLF15的表达。.这些结果表明，姜黄素能够抑制猪MSCs的成脂分化，这种抑制作用与姜黄素抑制PPARγ2的表达相关，而且通过姜黄素调控KLFs的表达介导。其中，KLF2和KLF7作为反向调控因子，在刚开始启动分化时期发挥作用；KLF4和KLF15作为正向调控因子，分别在分化的早期和中期开始发挥作用。