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研究目的肥胖在世界范围内流行。肥胖症发病有环境因素的影响,如少量的体力劳动、过量的饮食等,然而肥胖也有较高的遗传率,其发生40-70%和遗传因素有关。通过大型的流行病学调查,使用全基因组扫描技术(genome-wide association studies,GWAS),人们发现了第一个确凿的肥胖易感基因—FTO(fat mass and and obesity associated gene)。另一项研究发现,意大利人FTO基因的突变和肥胖相关,对欧美人和拉美裔美国人的研究也得出了同样的结论。第三个研究和前两个研究几乎同时发表,它发现欧洲人FTO基因的突变和严重的肥胖相关。到目前为止,已经有许多与FTO表达相关的研究,同时,FTO与肥胖相关已经在世界范围得到证实。在中枢神经系统(CNS)中,关于FTO的功能和表达的调节已经很多；但是在外周代谢敏感性组织中,FTO的功能和表达的调节仍然不是非常清楚。基于以上的背景,我们选取了与体重密切相关的饮食量作为干预因素,试图从研究限食对FTO的表达入手,研究其潜在的机制。首先,我们检测了正常大鼠中枢和外周代谢敏感性组织中FTO mRNA和FTO蛋白的表达,然后研究了限食对FTO mRNA和FTO蛋白在代谢敏感性的外周组织和中枢神经系统表达的影响。文献报导瘦素(leptin)在脑组织中主要发挥能量摄取和能量消耗的功能,因此更进一步,我们研究了FTO和瘦素受体中重要的受体一长型瘦素受体OB-Rb (leptin receptor long isoform)在中枢的下丘脑和脑干中的共表达情况,然后通过研究瘦素受体突变的db/db小鼠(自发的Ⅱ型糖尿病小鼠伴随肥胖),初步阐明了FTO和瘦素信号通路潜在的关联。之后,我们培养了C57小鼠下丘脑弓状核组织,并给予瘦素和瘦素信号通路的抑制剂,为证明FTO和STAT3通路相关提供了直接的证据。以上研究的目的是为进一步揭示FTO如何影响肥胖的发生发展奠定基础。实验设计和方法实验一：用RT-PCR、real-time PCR、western blotting三种方法检测正常大鼠代谢敏感性的外周组织和中枢神经系统中FTO mRNA和FTO蛋白的表达。实验二：大鼠8周和50周限食后,用real-time PCR和western blotting方法检测代谢敏感性的外周组织和中枢神经系统中FTO mRNA和FTO蛋白表达与正常饮食大鼠相比的改变。实验三：取大鼠的脑组织,处理成脑片后,用双重免疫荧光染色方法研究下丘脑和脑干中FTO与OB-Rb分布的关系。取大鼠的下丘脑,用免疫共沉淀的方法研究FTO与OB-Rb之间是否有直接的相互作用。实验四：通过研究瘦素受体突变的db/db小鼠初步探讨上述现象在体内的机制。小鼠分为4个组别：db/db-正常饮食组；db/db限食组；WT(野生型)-正常饮食组；WT-限食组。限食8周后,取db/db小鼠下丘脑与脑干,用western blotting法检测FTO蛋白的表达,并研究限食之后db/db小鼠下丘脑和脑干STAT3,GSK3, JAK2通路是否激活。实验五：培养C57小鼠下丘脑弓状核组织,并给予瘦素和STAT3,GSK3, JAK2通路通路的抑制剂,用western blotting法检测FTO蛋白的表达的变化。主要结果1.FTO表达于大鼠的各种代谢敏感性的外周组织和中枢神经系统,其中脑、骨骼肌、肝脏中FTO mRNA与FTO蛋白表达较高。骨骼肌FTO mRNA与FTO蛋白比下丘脑和脑干的表达还高。2.大鼠限食降低中枢神经系统而不是外周组织的FTO mRNA和FTO蛋白的表达,即限食后FTO mRNA和FTO蛋白在下丘脑和脑干表达下调。3.FTO与OB-Rb共表达于下丘脑弓状核(ARH)和孤束核(NTS),用免疫共沉淀方法没有观察到这两个蛋白直接的相互作用。4.db/db小鼠限食8周之后,FTO蛋白在下丘脑和脑干表达不变；野生型小鼠限食8周之后,FTO蛋白在下丘脑和脑干表达降低。同时发现,限食激活的STAT3信号通路在db/db小鼠体内受损；GSK3,JAK2通路在db/db小鼠体内受损未受损。5.野生型小鼠限食8周后的体重与正常饮食的db/db小鼠的体重有明显差别,但db/db小鼠限食8周后的体重与正常饮食的db/db小鼠的体重没有差别。6.培养C57小鼠下丘脑弓状核组织,给予瘦素,FTO蛋白的表达降低；给予GSK3,JAK2通路的抑制剂,不能阻断瘦素对FTO蛋白的降低；给予STAT3通路的抑制剂,却几乎完全阻断瘦素对FTO蛋白的表达的影响。结论本研究检测了FTO在代谢敏感性的外周组织和中枢神经系统中的表达和限食之后表达的改变,发现脑组织、骨骼肌、肝脏中FTO mRNA与FTO蛋白表达较高。骨骼肌FTO mRNA与FTO蛋白比下丘脑和脑干的表达还高。大鼠限食降低中枢神经系统而不是外周组织的FTO mRNA和FTO蛋白的表达。限食后脑组织内FTO的下调是OB-Rb依赖性的,STAT3信号转导通路参与此调节。