高嘌呤飲食對果蠅生長發(fā)育的影響①

關(guān)寶生,張睿迪,王 賀,閆茹雪,秦振波,于瀚普,趙梓源,尹相林

(1. 佳木斯大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院,黑龍江 佳木斯 154007;2. 黑龍江省痛風(fēng)研究重點實驗室,黑龍江 佳木斯 154007)

嘌呤本身并不是營養(yǎng)素,它是DNA或者RNA的組成部分,是以嘌呤核苷酸的形式存在于真核生物的細胞核、細胞質(zhì)和線粒體中的一種物質(zhì)。因此,任何真核細胞的天然食物中都含有大量的嘌呤。攝入體內(nèi)的嘌呤首先會轉(zhuǎn)化為次黃嘌呤,次黃嘌呤在黃嘌呤氧化還原酶(xanthine oxidoreductase, XOR)的作用下轉(zhuǎn)化為黃嘌呤,最后黃嘌呤在XOR的作用下轉(zhuǎn)變成尿酸(uric acid, UA),由于人體內(nèi)缺乏尿酸氧化酶,不能將UA代謝成尿囊素排出體外,因此UA是人體內(nèi)嘌呤代謝的終產(chǎn)物,最終經(jīng)由腎臟以尿液的形式排出體外[1]。一旦腎臟排泄UA的能力下降或者是UA生成過多,就會發(fā)展成為高尿酸血癥,甚至發(fā)展為痛風(fēng)。絕大多數(shù)痛風(fēng)患者都表現(xiàn)為腎臟對尿酸鹽的清除率下降。近年來的研究發(fā)現(xiàn),UA可能通過其抗氧化活性來調(diào)節(jié)生殖信號傳導(dǎo)和胰島素/IGF-1信號傳導(dǎo)(IIS)通路[2,3]。在中國成人Ⅱ型糖尿病患者中,UA與IGF-1存在非線性關(guān)系,當UA水平達到拐點時,IGF-1水平與UA的增加呈負相關(guān)[4]。但UA在生長發(fā)育中的具體機制尚不明確,因此本研究旨在探討高嘌呤飲食對果蠅生長發(fā)育的影響,為今后UA在生長發(fā)育中具體機制的研究提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 果蠅品系及飼養(yǎng)條件

本研究選用W1118野生型黑腹果蠅,由佳木斯大學(xué)尿酸生理功能研究團隊自有,均使用標準玉米粉培養(yǎng)基飼養(yǎng)。在溫度(25±0.5)℃、濕度(40±0.5)%、光照周期為12h的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。

1.2 實驗試劑

腺嘌呤購于北京索萊寶生物科技有限公司,酵母購于英聯(lián)馬利(英國聯(lián)合食品集團),丙酸購于美國Sigma公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 培養(yǎng)基的配制

分別稱取表1中的試劑(除丙酸以外)于燒杯中攪拌均勻,置于高壓鍋中蒸煮25min,待冷卻至60～70℃時加入丙酸以及相對應(yīng)的腺嘌呤粉末(對照組為0%;低濃度干預(yù)組為0.05%;高濃度干預(yù)組為0.1%),攪拌均勻后倒至準備好的各實驗組果蠅管中備用,見表1。

表1 培養(yǎng)基配方

1.3.2 果蠅成蟲壽命的檢測

取新產(chǎn)出的果蠅卵若干,分別置于對照組、低濃度干預(yù)組、高濃度干預(yù)組3組培養(yǎng)基中培養(yǎng),取羽化后8h以內(nèi)的果蠅,每組200只(雌雄各100只),按性別隨機分到8個管中,雌雄各4管、每管25只,分別在各實驗組對應(yīng)培養(yǎng)基中培養(yǎng)。每天同一時間觀察果蠅的死亡情況,實驗重復(fù)3次取平均值。

1.3.3 果蠅成蟲攀爬能力的檢測

各實驗組取羽化后8h以內(nèi)的果蠅,每組150只(雌雄各75只),按性別隨機分到6個管,雌雄各3管、每管25只,分別在各實驗組對應(yīng)培養(yǎng)基中培養(yǎng)。根據(jù)課題組前期預(yù)實驗,設(shè)定本次實驗周期為15d,在培養(yǎng)至第15d后進行攀爬能力的檢測,爬行能力測試標準線為8cm、時間5s。

1.3.4 果蠅成蟲產(chǎn)卵量的檢測

取各實驗組羽化后8h以內(nèi)的果蠅,在各實驗組對應(yīng)培養(yǎng)基中培養(yǎng),15d后進行產(chǎn)卵量的檢測。將各組果蠅以雌:雄=1:3的比例放入灑滿酵母的瓊脂培養(yǎng)基中培養(yǎng)24h,然后收集并記錄瓊脂培養(yǎng)基中果蠅卵的數(shù)量,每組設(shè)10個平行對照。

1.3.5 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 各實驗組果蠅成蟲的生存情況

與對照組相比,在雌果蠅中,各干預(yù)組果蠅的生存率無明顯變化,差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05);在雄果蠅中,低濃度干預(yù)組果蠅的生存率明顯降低,而高濃度干預(yù)組果蠅的生存率明顯上升,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見表2、3,圖1。

圖1 各實驗組果蠅生存率的變化情況

表2 各實驗組雌果蠅成蟲的生存率(n, %)

表3 各實驗組雄果蠅成蟲的生存率(n, %)

2.2 各實驗組果蠅成蟲的平均壽命

與對照組比較,隨著培養(yǎng)基中腺嘌呤濃度的升高,各干預(yù)組果蠅平均壽命明顯降低,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01);雌果蠅的平均壽命明顯高于雄果蠅,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01),見表4,圖2～4。

圖2 各實驗組果蠅的平均壽命

圖3 各實驗組雌果蠅的生存分析

圖4 各實驗組雄果蠅的生存分析

表4 各實驗組果蠅的平均壽命

2.3 各實驗組果蠅成蟲攀爬能力的變化情況

與對照組相比,低濃度干預(yù)組果蠅的攀爬能力有所降低,但其差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),高濃度干預(yù)組果蠅的攀爬能力明顯降低,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01),見表5、6,圖5。

圖5 各實驗組果蠅攀爬能力的變化情況

表5 各實驗組雌果蠅成蟲的攀爬情況

表6 各實驗組雄果蠅成蟲的攀爬情況

2.4 各實驗組果蠅成蟲產(chǎn)卵量的變化情況

與對照組比較,隨著培養(yǎng)基中腺嘌呤濃度的升高,各干預(yù)組果蠅的產(chǎn)卵量明顯降低,差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),見表7,圖6。

圖6 各實驗組果蠅產(chǎn)卵量的變化情況

表7 各實驗組果蠅產(chǎn)卵量的變化情況

3 討論

越來越多的研究發(fā)現(xiàn),UA與生長發(fā)育有一定的相關(guān)性[5]。UA作為人體內(nèi)嘌呤核苷酸代謝的終產(chǎn)物,當體內(nèi)血清UA水平維持在正常偏低的水平時,UA可能會發(fā)揮其抗氧化的作用,延緩認知衰退,改善神經(jīng)退行性疾病[6,7],而過高濃度的血清UA水平可能會發(fā)揮其促氧化的作用,進而誘發(fā)糖尿病、高血壓等疾病的發(fā)生發(fā)展[8-10]。目前研究發(fā)現(xiàn),活性氧(ROS)可能通過直接破壞線粒體DNA(mtDNA)或者導(dǎo)致線粒體功能障礙,進而誘發(fā)細胞衰老[11,12]。但UA是否能通過刺激ROS的產(chǎn)生從而影響生長發(fā)育及其具體機制尚未明確。

本研究結(jié)果顯示,在高嘌呤飲食的干預(yù)下,各干預(yù)組果蠅羽化后的平均壽命明顯縮短,提示高嘌呤飲食干預(yù)可能誘導(dǎo)果蠅體內(nèi)UA生成過多以至于超過自身的代償能力,從而影響機體內(nèi)的正常代謝,縮短果蠅的壽命。在同一濃度腺嘌呤干預(yù)下,雌果蠅的平均壽命明顯高于雄果蠅,提示在果蠅體內(nèi)雌激素可能抵消掉了一部分UA產(chǎn)生的不利影響。此前的流行病學(xué)數(shù)據(jù)也驗證了這一現(xiàn)象,絕經(jīng)前期的女性與男性比較,更不容易罹患高尿酸血癥以及腎臟疾病,這可能與17β-雌二醇(E2)密切相關(guān)[13]。研究發(fā)現(xiàn)ROS可能通過直接調(diào)節(jié)促性腺激素釋放激素(GnRH)神經(jīng)元的興奮性來影響生育能力[14]。而本研究結(jié)果顯示,高嘌呤飲食對果蠅的產(chǎn)卵量有明顯的抑制作用。提示可能是果蠅體內(nèi)生成過多的UA誘導(dǎo)ROS調(diào)節(jié)GnRH來影響生育能力。根據(jù)以往研究顯示,高水平的血清UA可能會誘發(fā)炎癥反應(yīng),導(dǎo)致炎癥因子生成過多,刺激中性粒細胞誘導(dǎo)氧化應(yīng)激損傷,影響肌腱等組織,從而導(dǎo)致果蠅的運動能力的下降[15]。本研究結(jié)果顯示,隨著培養(yǎng)基中腺嘌呤濃度的升高,各實驗組果蠅攀爬能力逐漸下降。也有研究顯示,長期雌激素剝奪會導(dǎo)致大鼠的運動障礙[16],而本次研究中高嘌呤飲食誘導(dǎo)的果蠅運動能力減弱是否與雌激素有關(guān)還需進一步研究。

綜上所述,本次研究結(jié)果顯示,高嘌呤飲食能明顯抑制果蠅的生長發(fā)育,為研究UA與衰老之間的相關(guān)關(guān)系提供了理論依據(jù)。接下來我們將進一步探討UA影響果蠅生長發(fā)育的具體機制,以及雌激素在其中發(fā)揮了何種作用,為揭示尿酸的生理功能提供新的方向。