脂联素(adiponectin,ADIPOQ,又名Acrp30、apM1、GBP28)是由脂肪组织特异性分泌的一种脂肪细胞因子。研究表明,猪ADIPOQ基因定位在13号染色体上[1],其全长包含有3个外显子和2个内含子[2],可编码242个氨基酸,而人类ADIPOQ基因与猪的ADIPOQ基因相比存在2个氨基酸的差别,含有244个氨基酸。ADIPOQ蛋白结构由4部分组成,即氨基端的信号序列、非同源序列、胶原样结构域以及羧基端具有生物活性的球状结构域。Yamauchi等[3]发现了脂联素受体(adiponectin receptor,ADIPOR),并通过表达克隆的方法首先将它们从人类骨骼肌中分离出来。ADIPOR包含2种亚型:ADIPOR1和ADIPOR2,其中,ADIPOR1主要在肌肉组织中表达,与ADIPOQ的球形结构域有高度亲和性;而ADIPOR2则主要表达于肝脏和脂肪组织中,与全长ADIPOQ和ADIPOQ球形结构域都具有中度亲和性[4]。Ding等[5]首先成功地克隆出猪的ADIPOQ及ADIPOR,并发现ADIPOQ mRNA大量存在于猪的脂肪、肝脏、心脏和肌肉等组织中。沙子岭猪是脂肪沉积型动物,我们在前期试验中已成功在沙子岭猪中克隆出ADIPOQ基因并在毕赤酵母中进行了表达[6]。因此,不同组织ADIPOR相关基因mRNA表达量的变化对于进一步明确ADIPOR与沙子岭猪肉脂肪沉积规律的分子机制具有重要意义。本试验拟对沙子岭猪不同组织器官中ADIPOQ、ADIPOR及其相关基因mRNA和蛋白表达量的发育性变化规律进行研究,旨在为后续的深入研究提供科学数据支撑。
1 材料与方法 1.1 试验材料试验动物:沙子岭猪12只,购买于湘潭沙子岭原种猪场。
1.2 试验设计与方法选取1、28、140日龄的沙子岭猪各4头,测定不同组织中ADIPOQ、ADIPOR1、ADIPOR2 mRNA和蛋白表达量的发育性变化及2型拓扑异构酶β型(topoisomerase 2β,TOP2β)、TATA结合蛋白(TATA binding protein,TBP)mRNA表达量的发育性变化。
1.3 样品采集与基因表达检测 1.3.1 组织器官样品采集分别采取1、28和140日龄沙子岭猪的心脏、肝脏、脾脏、肾脏、背肌、背脂、腹脂和股肌,立即放入液氮,然后移入-80 ℃冰箱保存。
1.3.2 组织器官样品相关基因mRNA表达量的检测采用Trizol(Invitrogen公司,美国)法提取组织中总RNA,具体操作方法参照Simms等[7],然后将RNA浓度调节一致,取1 000 ng进行反转录,反转录试剂盒购于TaKaRa公司(大连,中国),具体方法按说明书进行。再利用实时定量荧光(real-time quantitative)PCR方法检测mRNA的表达量,引物均由维尔生物科技有限公司(长沙)合成,基因的引物设计见表 2。以β-肌动蛋白(β-actin)为内参基因进行PCR测定,每个样本每个指标3个孔,共30 μL体系,每孔10 μL,具体组成如下:Template(反转录产物)1 μL,Primer A(10 μmol/L)0.5μL,Primer B(10 μmol/L) 0.5 μL,PCR H2O 13 μL,2×SYBGREEN PCR Master Mix 15 μL。反应条件为95 ℃预变性10 min,然后95 ℃变性10 s,39个循环,60 ℃退火50 s。以ADIPOQ、ADIPOR1、ADIPOR2、TOP2β和TBP为目的基因进行相对定量,分析其mRNA表达量。
主要试剂包括:Trizol(Invitrogen公司,美国)、反转录试剂盒(TaKaRa公司,大连,中国)、ADIPOQ抗体(Abcam,ab22554)、ADIPOR1抗体(Abcam,ab126611)、ADIPOR2抗体(Abcam,ab77612)、β-actin抗体(Abcam,ab8226),所有引物均由维尔生物科技有限公司(长沙)合成。
将组织样品剪碎(20~30 mg),按照质量体积比=1 : 2的比例加入裂解液,组织匀浆器匀浆至组织充分裂解,12 000×g, 4 ℃离心10 min,取上清,聚氰基丙烯酸正丁酯(BCA)定量试剂盒进行总蛋白定量。配制10%分离胶和5%浓缩胶,每孔20~30 μg总蛋白上样,每孔10~15 μL,浓缩胶60 V、分离胶80 V电泳直至溴酚蓝到底,停止电泳。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)胶在Tris-甘氨酸转移缓冲液中平衡30 min,在冷却条件下100 V恒压转膜2 h。转膜结束后,醋酸纤维素(PVDF)膜放到含5%脱脂奶粉的吐温-Tris-盐酸缓冲液(TBST)中室温封闭1 h。TBST漂洗5 min,重复3次,ADIPOQ抗体、ADIPOR1抗体、ADIPOR2抗体和β-actin抗体分别按1 : 1 000、1 : 1 000、1 : 1 000和1 : 2 000的比例溶于含5%脱脂奶粉的TBST中,4 ℃孵育过夜,TBST漂洗5 min,重复3次。加入相应种属二抗(1 : 2 000),室温孵育1 h,TBST漂洗5 min,重复3次。配制ECL工作液,室温孵育转印膜1 min,保鲜膜密封,放置于化学发光仪(Image Quant LAS 4000 mini)选取适当的时间进行显影后,采用Bandscan 5.0软件分析计算条带的光密度值,按以下公式对目的蛋白进行相对定量。
试验数据用Excel 2007软件进行初步处理后,采用SPSS 17.0软件的one-way ANOVA程序进行系统分析,若组间差异显著,则采用Duncan氏法进行多重比较,以P<0.05为差异显著性标准,P<0.01为差异极显著性标准。试验结果以“平均值±标准差”表示。
2 结果 2.1 不同组织器官中ADIPOQ mRNA表达量的变化由表 2可知,随着日龄的变化,除了心脏外,猪不同组织器官中ADIPOQ mRNA表达量呈现出先上升再下降的趋势。相较于1日龄猪不同组织器官中ADIPOQ mRNA表达量,28日龄猪心脏、肝脏、脾脏、肾脏、背肌、背脂、腹脂和股肌的表达量分别升高11.20%(P>0.05)、545.76%(P<0.01)、321.36%(P<0.01)、229.59%(P<0.01)、419.57%(P<0.01)、386.96%(P<0.01)、373.33%(P<0.01)和303.37%(P<0.01);除心脏外,140日龄猪肝脏、脾脏、肾脏、背肌、背脂、腹脂和股肌7种组织器官中ADIPOQ mRNA表达量较28日龄猪又出现下降的趋势,其降幅分别达到16.40%(P>0.05)、62.67%(P<0.01)、66.87%(P<0.01)、80.13%(P<0.01)、77.23%(P<0.01)、41.55%(P<0.01)和94.15%(P<0.01);除股肌中ADIPOQ mRNA表达量较1日龄猪降低了76.40%(P<0.01)外,心脏、肝脏、脾脏、肾脏、背肌、背脂和腹脂较1日龄猪分别提高了30.40%(P>0.05)、439.83%(P<0.01)、57.28%(P<0.05)、9.18%(P>0.05)、3.26%(P>0.05)、10.87%(P>0.05)、176.67%(P<0.01)。
由表 3可知,猪不同组织器官(除心脏外)中ADIPOR1 mRNA表达量随日龄变化呈现逐渐升高的趋势。28日龄猪肝脏、脾脏、肾脏、背肌、背脂、腹脂和股肌中ADIPOR1 mRNA表达量较1日龄猪分别提高了249.41%(P<0.01)、116.36%(P<0.01)、137.07%(P<0.01)、84.31%(P<0.05)、63.37%(P<0.05)、69.00%(P<0.05)和47.37%(P<0.05);140日龄猪各组织器官中ADIPOR1 mRNA表达量较1和28日龄猪均极显著升高(P<0.01)。
由表 4可知,猪不同组织器官中ADIPOR2 mRNA表达量随日龄变化呈现逐渐升高的趋势。28日龄猪不同组织器官中ADIPOR2 mRNA表达量较1日龄猪均极显著升高(P<0.01),心脏、肝脏、脾脏、肾脏、背肌、背脂、腹脂和股肌增幅分别达到89.60%、164.23%、146.09%、132.17%、116.67%、94.34%、102.80%和92.52%;140日龄猪不同组织器官中ADIPOR2 mRNA表达量较1和28日龄猪均极显著升高(P<0.01)。
由表 5可知,猪大部分组织器官中TBP mRNA表达量基本呈现逐渐升高的趋势。其中,28日龄猪心脏和肝脏中TBP mRNA表达量较1日龄猪分别降低了37.32%(P>0.05)和9.33%(P>0.05),而脾脏、肾脏、背肌、背脂、腹脂和股肌中TBP mRNA表达量则分别提高了30.11%(P>0.05)、20.63%(P>0.05)、245.78%(P<0.01)、75.41%(P>0.05)、194.44%(P<0.01)和445.45%(P<0.01);140日龄猪不同组织器官中TBP mRNA表达量较1和28日龄猪均出现极显著升高(P<0.01)。
由表 6可知,28日龄猪肝脏和脾脏中TOP2β mRNA表达量较1日龄猪分别降低了66.13%(P<0.05)和11.46%(P>0.05),而28日龄猪心脏、肾脏、背肌、背脂、腹脂和股肌中TOP2β mRNA表达量较1日龄猪分别提高了14.97%(P>0.05)、12.50%(P>0.05)、156.00%(P<0.01)、924.65%(P<0.01)、157.63%(P<0.01)和603.13%(P<0.01);140日龄猪不同组织器官中TOP2β mRNA表达量较1和28日龄猪均出现极显著提高(P<0.01)。猪大部分组织器官中TOP2β mRNA表达量基本逐渐升高的趋势。
由表 6可知,1和28日龄猪背肌、背脂、腹脂和股肌中ADIPOD蛋白的表达量均无显著差异(P>0.05);相较于1日龄猪,140日龄猪4个组织中ADIPOD蛋白的表达量分别降低了19.01%(P>0.05)、7.77%(P>0.05)、41.96%(P>0.05)和45.54%(P>0.05),较28日龄猪分别降低了-4.26%(P>0.05)、12.84%(P>0.05)、39.81%(P>0.05)和54.92%(P<0.05)。除了背肌外,背脂、腹脂和股肌中ADIPOD蛋白的表达量在28~140日龄呈现下降趋势。
由表 8可知,除腹脂中ADIPOR1蛋白的表达量略有升高(P>0.05)外,28日龄猪背肌、背脂和股肌中ADIPOR1蛋白的表达量较1日龄猪分别降低了3.88%(P>0.05)、0.96%(P>0.05)和5.45%(P>0.05);140日龄猪不同组织中ADIPOR1蛋白的表达量均低于1和28日龄猪,降幅分别达到6.80%(P>0.05)、38.46%(P<0.05)、17.82%(P>0.05)、24.55%(P>0.05)和3.03%(P>0.05)、37.86%(P<0.05)、22.43%(P>0.05)、20.19%(P>0.05)。猪背肌、背脂和股肌中ADIPOR1蛋白的表达量呈现逐渐降低的趋势。
由表 9可知,除股肌中ADIPOR2蛋白的表达量略有升高(P>0.05)外,28日龄猪背肌、背脂和腹脂中ADIPOR2蛋白的表达量较1日龄猪分别降低了12.61%(P>0.05)、4.31%(P>0.05)和1.65%(P>0.05);除背肌外,140日龄猪背脂、腹脂和股肌组织中ADIPOR2蛋白的表达量均低于1和28日龄猪,降幅分别达到37.93%(P>0.05)、63.64%(P>0.05)、59.09%(P>0.05)和35.14%(P>0.05)、63.03%(P>0.05)、63.11%(P<0.05)。猪背肌和腹脂中ADIPOR2蛋白的表达量呈现逐渐降低的趋势。
初生仔猪不同组织中ADIPOQ mRNA表达量一般比较低,这和仔猪的自身条件有关,仔猪刚出生时前体脂肪较多,而成熟的细胞较少,而随着仔猪的生长发育,前体脂肪细胞不断分化为成熟的脂肪细胞,ADIPOQ mRNA表达量也表现出大幅度的升高。Ramsay等[8]测定了新生仔猪1~21日龄脂肪组织中各种脂肪因子的发育性变化,结果发现ADIPOQ mRNA表达量显著上升;此外,对兔子的研究也发现,ADIPOQ在不同年龄兔子体内的表达差异极显著[9]。本试验结果显示,除了28日龄心脏外,其余组织中ADIPOR mRNA表达量均显著高于1日龄,这是因为心脏中脂肪含量较少,且ADIPOQ的分泌量较小,所以心脏中的变化不会太明显。有研究而表明,肥胖会导致猪ADIPOQ的合成和分泌量减少[10]。本试验结果表明,随着猪日龄的增加,不同组织中ADIPOQ mRNA表达量大致呈现出先上升再下降的趋势。这是因为后期猪通过自身脂肪的大量沉积,进行自身调节,所以ADIPOQ蛋白的表达量呈现出逐渐降低的趋势。
3.2 不同组织器官中ADIPOR1、ADIPOR2 mRNA和蛋白表达量的变化动物机体中ADIPOR1和ADIPOR2 mRNA和蛋白的表达量与脂肪沉积的状态密切相关。一般情况下,随着动物年龄的增大,细胞分裂增殖等新陈代谢活动逐渐增强,ADIPOQ及其受体的表达也会受其影响而不断变化。Ocón-Grove等[11]研究发现,成年公鸡睾丸中ADIPOR1及ADIPOR2 mRNA的表达量分别是青年鸡的8.3和9.0倍;Pischon等[12]发现在生长鼠脂肪组织中,ADIPOQ含量开始时会不断增加,直到第8~10周时才开始逐渐下降。在猪的初期生长阶段,前体脂肪细胞大量分化为成熟的脂肪细胞,包括后期脂肪的沉积阶段脂肪细胞大量生长,在这种情况下,ADIPOR1和ADIPOR2 mRNA表达量也会随着成熟脂肪细胞数量的增加而逐渐升高。本试验结果显示,除了28日龄心脏中ADIPOR1 mRNA表达量要低于1日龄以外,各组织器官中ADIPOR1 mRNA表达量均随日龄的增长而升高;各组织器官中ADIPOR2 mRNA表达量也随着日龄的增加而提高。mRNA表达量的升高不等同于蛋白表达量的升高,随着猪的生长,脂肪会大量的积累,在这种情况下,机体会自动调节ADIPOR1和ADIPOR2蛋白的表达量,通过降解一部分ADIPOR1和ADIPOR2蛋白来确保脂肪组织的沉积,因此,随着猪的生长发育,ADIPOR1和ADIPOR2蛋白的表达量却逐渐降低,这是由猪机体脂肪沉积的需要来进行调节的。De Rosa等[13]发现肥肉型卡赛塔纳猪肌肉、内脏和肾脏周围脂肪中ADIPOR蛋白的表达量均低于瘦肉型的长白猪。本试验结果也显示,除了28日龄时腹脂中ADIPOR1蛋白的表达量要高于1日龄以外,背肌、背腹脂和股肌中ADIPOR1蛋白的表达量均随着日龄的增长出现逐步降低的趋势;背肌和腹脂中ADIPOR2蛋白的表达量随日龄的增加而降低。
3.3 不同组织器官中TOP2β和TBP mRNA表达量的变化目前,对于动物机体中TOP2β和TBP mRNA表达量的研究还比较少。在本研究中,除了28日龄时心脏和肝脏中TOP2β mRNA表达量要低于1日龄以外,各组织器官中TOP2β mRNA表达量均随着日龄的增长而呈现出逐渐升高的趋势;除了28日龄时肝脏和脾脏中TBP mRNA表达量低于1日龄以外,各组织器官中TBP mRNA表达量均随着日龄的增长呈现出显著或极显著升高。真核生物的TOP2β是同型二聚体酶,对于在普通的瞬时双链DNA切割形成过程中改变DNA的拓扑学具有非常关键的作用[14],拓扑异构酶对于DNA的复制、包装、修复以及DNA拓扑学上允许的变化的转录具有非常关键的作用;而TBP一个最重要的功能是促进真核生物转录。随着猪的生长发育,机体细胞数量大幅增长,TOP2β和TBP mRNA表达量也大幅度升高,这对于保证机体细胞的正常分裂具有十分重要的作用。
4 结论① 随着猪的生长,不同组织器官中ADIPOQ mRNA表达量呈现先上升再下降的趋势,而ADIPOR1和ADIPOR2 mRNA表达量则呈现逐渐升高的趋势;ADIPOD、ADIPOR1和ADIPOR2蛋白的表达量在猪的生长后期均出现降低的趋势。
② 随着猪的生长,不同组织器官中TOP2β和TBP mRNA表达量也大幅度升高。
③ ADIPOQ及相关基因mRNA和蛋白的表达量与猪的脂肪沉积呈负相关,机体能根据自身需要对其进行调节。
[1] |
ČEPICA S, MASOPUST M, KNOLL A, 等. Linkage and RH mapping of the porcine adiponectin gene on chromosome 13[J]. Animal Genetics, 2005, 36(3): 276-277. |
[2] |
DAI M H, XIA T, ZHANG G D, et al. Cloning, expression and chromosome localization of porcine adiponectin and adiponectin receptors genes[J]. Domestic Animal Endocrinology, 2006, 30(2): 117-125. DOI:10.1016/j.domaniend.2005.06.006 |
[3] |
YAMAUCHI T, KAMON J, MINOKOSHI Y, et al. Adiponectin stimulates glucose utilization and fatty-acid oxidation by activating AMP-activated protein kinase[J]. Nature Medicine, 2002, 8(11): 1288-1295. DOI:10.1038/nm788 |
[4] |
KADOWAKI T, YAMAUCH T, KUBOTA N, et al. Adiponectin and adiponectin receptors in obesity-linked insulin resistance[J]. Novartis Foundation Symposium, 2007, 286: 164-176. |
[5] |
DING S T, LIU B H, KO Y H. Cloning and expression of porcine adiponectin and adiponectin receptor 1 and 2 genes in pigs[J]. Journal of Animal Science, 2004, 82(11): 3162-3174. DOI:10.2527/2004.82113162x |
[6] |
宋虎威. 沙子岭猪脂联素基因的克隆及其真核表达[D]. 硕士学位论文. 长沙: 湖南农业大学, 2012.
|
[7] |
SIMMS D, CIZDZIEL P E, CHOMCZYNSKI P. TrizolTM:a new reagent for optimal single-step isolation of RNA[J]. Focus, 1993, 15: 532-535. |
[8] |
RAMSAY T G, CAPERNA T J. Ontogeny of adipokine expression in neonatal pig adipose tissue[J]. Comparative Biochemistry and Physiology Part B:Biochemistry and Molecular Biology, 2009, 152(1): 72-78. DOI:10.1016/j.cbpb.2008.09.088 |
[9] |
LI C J, ZHU F L, SUN H W, et al. Cloning of rabbit adiponectin and its relationship to age and high-cholesterol diet[J]. Journal of Endocrinological Investigation, 2008, 31(9): 755-759. DOI:10.1007/BF03349253 |
[10] |
LEDOUX S, CAMPOS D B, LOPES F L, et al. Adiponectin induces periovulatory changes in ovarian follicular cells[J]. Endocrinology, 2006, 147(11): 5178-5186. DOI:10.1210/en.2006-0679 |
[11] |
OCÓN-GROVE O M, KRZYSIK-WALKER S M, MADDINENI S R, et al. Adiponectin and its receptors are expressed in the chicken testis:influence of sexual maturation on testicular ADIPOR1 and ADIPOR2 mRNA abundance[J]. Reproduction, 2008, 136(5): 627-638. DOI:10.1530/REP-07-0446 |
[12] |
PISCHON T, GIRMAN C J, RIFAI N, et al. Association between dietary factors and plasma adiponectin concentrations in men[J]. The American Journal of Clinical Nutrition, 2005, 81(4): 780-786. DOI:10.1093/ajcn/81.4.780 |
[13] |
DE ROSA A, MONACO M L, NIQRO E, et al. Tissue-specific downregulation of the adiponectin "system":possible implications for fat accumulation tendency in the pig[J]. Domestic Animal Endocrinology, 2013, 44(3): 131-138. DOI:10.1016/j.domaniend.2012.11.001 |
[14] |
GAO R, SCHELLBNERG M J, HUANG S Y N, et al. Proteolytic degradation of topoisomerase Ⅱ (Top2) enables the processing of Top2·DNA and Top2·RNA covalent complexes by tyrosyl-DNA-phosphodiesterase 2(TDP2)[J]. Journal of Biological Chemistry, 2014, 289(26): 17960-17969. DOI:10.1074/jbc.M114.565374 |