生物钟基因Bmal1的昼夜节律性表达在辣椒素调节脂代谢中的作用机制研究

Capsaicin is the major alkaloid in chili pepper fruits with bio-functions such as anti-obesity and lipid metabolic regulation effects. The circadian clock gene Bmal1 plays a key role in the regulation of lipid metabolism, yet the effect of capsaicin on Bmal1 gene expression remains unclear. Based on the preliminary work, we hypothesize that capsaicin could regulate lipid metabolism via influencing the circadian rhythmic expression of Bmal1 gene in hepatocyte. In this work, we will focus on the circadian rhythmic expression of Bmal1 to explore the mechanism of lipid metabolism regulated by capsaicin. The lipid accumulation model in hepatocytes will be used to evaluate the effect of capsaicin on the expression level of Bmal1 gene. The protein expression level of lipid metabolism-related enzymes and receptors after silencing Bmal1 will also be measured to analyze the dependence of lipid metabolism regulated by capsaicin on Bmal1 gene expression. The obese rat model will be used to study the circadian rhythmic expression level of Bmal1 gene after the oral administration of capsaicin. Morphological, biochemical and molecular biological analysis of rat liver and adipocytes will be conducted to discuss the mechanism of dietary capsaicin in reducing weight and fat of obese rats. This study will help elucidate the mechanism of capsaicin in regulating lipid metabolism in hepatocytes in the respect of clock gene Bmal1 rhythmic expression, providing scientific basis for a comprehensive understanding of the anti-obesity effects of dietary capsaicin.

辣椒素作为辣椒中主要的生物碱，具有预防肥胖、调节脂代谢等生物功效。生物钟基因Bmal1在脂代谢调节方面发挥关键作用，但目前辣椒素对于Bmal1基因的调节作用仍不清楚。基于前期研究工作，申请人推测辣椒素能通过影响肝细胞Bmal1基因的表达调节脂代谢。本课题拟从Bmal1基因昼夜节律性表达的角度研究辣椒素调节肝细胞脂代谢机制。利用人肝细胞脂质堆积模型，检测辣椒素对肝细胞Bmal1基因表达水平的影响；将基因沉默后检测脂代谢相关酶和受体蛋白水平，分析辣椒素调节脂代谢时对Bmal1基因的依赖性；利用肥胖大鼠模型，从Bmal1基因的昼夜节律性表达水平入手，结合大鼠肝脏和脂肪细胞形态、生化指标及分子生物学检测手段，探讨口服辣椒素减肥降脂作用机理。本项目对于完善辣椒素调节肝细胞脂代谢的作用机制，揭示其调控生物钟基因Bmal1节律性表达的规律具有重要的意义，为全面理解膳食辣椒素预防肥胖的作用提供科学依据。

辣椒主要成分辣椒素具有预防肥胖、调节脂质代谢等生物功效。生物钟基因Bmal1是调控生物节律的重要转录因子，可以影响脂代谢通路中限速酶或核受体的表达。本课题从Bmal1基因昼夜节律性表达的角度探究辣椒素调节肝细胞脂代谢的作用机制，为充分理解膳食营养物质辣椒素预防肥胖的功效提供科学依据。.本项目根据申请人前期在膳食辣椒素调控生物钟基因作用的研究基础，利用分子生物学的研究手段，从细胞-动物层面研究辣椒素在预防肝细胞脂质堆积过程中，生物钟Bmal1基因表达水平的变化，分析辣椒素调控脂代谢相关的酶活性和受体蛋白质过程中是否依赖Bmal1基因的表达，从生物钟基因的角度揭示膳食辣椒素维持肝细胞脂肪代谢稳态的分子机制。.在项目执行期间，我们发现辣椒素能够调节由油酸引发的HepG2肝细胞的脂质代谢紊乱，调控由代谢异常引发的核心生物钟基因和蛋白质昼夜节律振荡失调，验证了辣椒素能够调节由HepG2细胞生物钟紊乱。随后的动物实验中我们发现，高脂饲料会引发肥胖大鼠脂代谢平衡失调，其生物钟的节律性振荡也发生紊乱。而经口摄入辣椒素能够预防大鼠肥胖的发生，调控由肥胖引发的肝脏生物钟基因和蛋白质昼夜节律振荡失调，其对于脂代谢相关通路和受体的调控作用与生物钟节律的表达节律具有一定相关性。也验证了辣椒素能够调节由高脂饲料引发的大鼠肝脏生物钟紊乱。.我们通过RT-qPCR测试肝脏核心生物钟基因（Bmal1、Clock、Cry1、Cry2、Per1、Per2、Rev-erbα）的mRNA的表达发现，辣椒素可以恢复生物钟基因的节律性振荡；随后我们进一步通过Western Blot测定脂质代谢相关因子（FAS、 CD36、PPARγ、 ACC、 SREBP1c、 CPT-1α，AKT，p-AKT，AMPK等）的蛋白表达，确定了口服辣椒素在发挥减肥降脂作用的过程中对肝脏生物钟基因与代谢因子表达的调控机制。本项研究为全面理解膳食辣椒素调控机体代谢平衡和预防机体肥胖作用和机制提供了依据，也为利用膳食营养素调控机体生物钟提供了理论指导。

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