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成都生物所在两栖动物脂肪代谢研究中获进展

  许多动物的生命周期离不开脂肪的储备。较为原始的脊椎动物(如,无颌类)、软骨鱼(如,鲨鱼)和一些硬骨鱼类(如,鳕鱼和比目鱼)主要利用其肝脏合成和储备其体脂;在其他硬骨鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类中,虽然肝脏仍然负责脂肪合成,但白色脂肪组织(WAT)取代肝脏成为了主要的体脂储备器官;在具有WAT的鱼类、两栖类和爬行类动物中,肝脏仍可能是次要的脂肪储备器官,但是脂肪在哺乳动物和人类的肝脏中沉积则会增加肝脏损伤的风险。因此,以肝脏为主要的脂肪储备器官似乎是脊椎动物进化历程中的一个较为原始的特征,而这种原始“脂肪肝”的生理和代谢特征可能对于人们理解人类脂肪的非正常沉积现象(如,脂肪肝病)提供独特的视角。

  无尾两栖动物在脊椎动物进化史中具有独特地位,一般认为其蝌蚪时期以脂肪体作为主要脂肪储备器官(如,北美牛蛙、红点齿蟾等),且脂肪体对于其变态发育后期及幼蛙的生存至关重要。然而,一些种的蝌蚪在整个水生生活史中均没有明显的脂肪体(如,黑框蟾蜍等),那么这些蝌蚪又是如何储备脂肪呢?

  中国科学院成都生物研究所江建平团队的朱未、张美华、赵天等人发现,一些无尾两栖类蝌蚪可能利用其肝脏作为主要的脂肪储备器官,这在峨眉林蛙(Rana omeimontis)蝌蚪中尤为明显。这些蝌蚪在整个水生生活史中均未观察到明显的脂肪体;相反,其肝脏却占据较大的身体比例(高达7%),且呈现出油黄色(图1)。经原位染色、组织切片、TLC等实验证实,其肝脏中储备有大量的脂肪。这可能是首次报道了比硬骨鱼进化地位更高的脊椎动物仍可以肝脏作为主要脂肪储备器官。在此基础上,利用代谢组学和生理生化手段研究了峨眉林蛙蝌蚪“脂肪肝”的代谢组成、代谢特征、以及肝脏脂肪在变态发育中的作用。在组织形态方面,峨眉林蛙蝌蚪的肝细胞形态不同于人脂肪性病变的肝细胞(大小不一的泡状细胞),反而类似于WAT(均匀的多边形);提示这种原始的自然“脂肪肝”能够更好地调控脂肪储备(图1)。在代谢组成方面,其肝脏以三糖(麦芽三糖,而非葡萄糖)和二肽(而非自由氨基酸)作为主要的糖类和氨基酸储备,这可能有利于其肝细胞在有限的亲水空间内更有效地储备和传递极性分子。该蝌蚪肝脏以非饱自由脂肪酸为主(高达93%),且花生四烯酸(而非16-C和18-C)丰度最高,这可能是其避免脂毒性(脂肪性肝炎的主要诱因之一)的重要因素。在代谢特征方面,该蝌蚪的肝脏同时作为糖、脂、氨基酸的储备器官,饥饿下这三类营养物质的动员和代谢特征与具有WAT的两栖类成体和哺乳动物类似,提示峨眉林蛙的肝脏可以作为研究哺乳动物WAT的原始参考模型。在生理功能方面,峨眉林蛙蝌蚪的肝脏脂肪在变态后期(尾吸收后的非进食期)开始动员,且肝脏脂肪含量可能以身体营养信号的方式调节蝌蚪变态高峰期的发生,这与其他蝌蚪的脂肪体脂肪在代谢和发育调节方面具有一定的等价性(图2)。

  总之,峨眉林蛙蝌蚪的肝脏脂肪积累现象为研究脂肪的储备、动员以及调节提供了一个全新的模型;同时,其变态发育前后分别以肝脏和WAT为主要的脂肪储备器官,这一现象将“脂肪储备器官的演变”这一复杂的进化问题转变为一个发育问题。以上研究工作得到中科院战略先导项目、国家自然科学基金、四川省科技厅平台项目、西部之光“西部青年学者”项目等的资助,研究结果发表于Frontier in Zoology

  论文链接

图1 峨眉林蛙蝌蚪肝脏及肝细胞组织形态。

图2 峨眉林蛙蝌蚪肝脏脂肪在变态发育过程中的变化。


研究团队单位:成都生物研究所

分类标签:科学进展  

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