文獻(xiàn)導(dǎo)讀

2021年3月26日，來自英國利茲大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Lee D.Roberts教授及其團(tuán)隊(duì)在《Nature communications》上發(fā)表了題為“Brown and beige adipose tissue regulate systemic metabolism through a metabolite interorgan signaling axis”的文章。

研究介紹

棕色脂肪組織（BAT）的功能是通過消耗化學(xué)能產(chǎn)生熱量。鼠類和人類白色脂肪組織(WAT)中散布著米色脂肪細(xì)胞，這些細(xì)胞可以誘導(dǎo)白色脂肪細(xì)胞樣表型向棕色脂肪細(xì)胞樣表型轉(zhuǎn)變。棕色和活化的米色脂肪細(xì)胞的特征是高水平的脂肪酸β氧化、線粒體含量和產(chǎn)熱。激活的棕色和米色脂肪細(xì)胞改變了系統(tǒng)的能量代謝，增加了底物氧化和能量消耗，具有治療包括2型糖尿病和肥胖等代謝性疾病的潛力。

首先，作者誘導(dǎo)小鼠皮下(腹股溝)WAT間質(zhì)血管部分分化的原代脂肪細(xì)胞發(fā)生脂肪褐變。清洗細(xì)胞，然后在新鮮的無血清培養(yǎng)基培養(yǎng)24小時(shí)。將條件培養(yǎng)基轉(zhuǎn)入原代脂肪細(xì)胞發(fā)生褐變的脂肪細(xì)胞，誘導(dǎo)棕色脂肪細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)。表達(dá)棕色脂肪細(xì)胞相關(guān)基因在培養(yǎng)基蛋白煮沸變性后進(jìn)一步增強(qiáng)，這表明存在非蛋白小分子介質(zhì)。為了明確小分子介質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)，作者用溶劑分割的方法從激活的米色脂肪細(xì)胞培養(yǎng)基中提取水溶性代謝物，通過分析發(fā)現(xiàn)原代白色和棕色脂肪細(xì)胞在產(chǎn)熱刺激下釋放3-甲基-2-羥戊酸（MOVA）、5-羥脯氨酸（5OP）、β-羥基異丁酸（BHIBA）和β-羥基異戊酸（BHIVA），它們在Forskolin和PPARδ拮抗劑處理后的人脂肪細(xì)胞中富集。 用這些代謝物處理原代人類脂肪細(xì)胞可以誘導(dǎo)一系列棕色脂肪細(xì)胞相關(guān)基因的表達(dá)，并且代謝物可以增加脂肪細(xì)胞的葡萄糖和脂肪酸攝取。

接下來，作者研究了脂肪細(xì)胞褐變可能增加MOVA、BHIBA、BHIVA和5OP濃度的機(jī)制。結(jié)果表明，褐變誘導(dǎo)了轉(zhuǎn)錄程序上調(diào)代謝因子生物合成酶的表達(dá)，并驅(qū)動脂肪細(xì)胞的合成和MOVA、5OP、BHIBA和BHIVA的釋放。為了進(jìn)一步找出褐變脂肪細(xì)胞輸出代謝物的信號機(jī)制，作者通過RNA-seq將目光放到了單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1 (MCT1)上。前人研究發(fā)現(xiàn)，MCT1既可以通過質(zhì)膜輸出也可以通過質(zhì)膜輸入單羧酸鹽，并且5OP、MOVA、BHIVA由MCT1運(yùn)輸；MCT1還運(yùn)輸與BHIBA結(jié)構(gòu)相關(guān)的酮體-羥基丁酸。于是作者利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證MCT1是褐變脂肪細(xì)胞代謝因子輸出所必需的蛋白。

在小鼠脂肪組織褐變和BAT活性模型中，骨骼肌脂肪酸氧化增加。于是作者假設(shè)褐變脂肪細(xì)胞分泌的代謝物可能有助于褐變脂肪組織和肌肉之間的功能聯(lián)系，并體外重建了這種脂肪組織-肌肉功能關(guān)系。研究表明MOVA、5OP以及一定程度上BHIBA調(diào)節(jié)小鼠和人類骨骼肌細(xì)胞代謝，與脂肪-肌肉代謝信號軸相一致。為了確定MOVA、5OP、BHIBA和BHIVA在體內(nèi)是否作為棕色和米色脂肪細(xì)胞代謝因子，作者檢測了它們在BAT、皮下腹股溝WAT和血漿中脂肪產(chǎn)熱功能增加和降低生理模型中的濃度。正如預(yù)期的那樣，暴露在寒冷中可以顯著誘導(dǎo)小鼠BAT和皮下WAT基因表達(dá)、Ucp1蛋白表達(dá)和脂肪細(xì)胞形態(tài)的產(chǎn)熱，并且小鼠BAT和皮下WAT中MOVA、5OP、BHIBA和BHIVA的濃度均升高。這些代謝物的血漿濃度在寒冷環(huán)境中也有所增加，這與它們作為分泌的棕色和米色脂肪細(xì)胞旁分泌和內(nèi)分泌代謝因子的潛力一致。

作者進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)飲食導(dǎo)致的肥胖可以降低MOVA、5OP、BHIBA和BHIVA的BAT濃度。然后，作者檢查了志愿者皮下WAT的MOVA、5OP、BHIVA和BHIBA濃度與BMI的相關(guān)性。WAT濃度MOVA、5OP和BHIVA與BMI呈顯著負(fù)相關(guān)，代謝物類脂肪因子信號的血漿濃度也與BMI呈負(fù)相關(guān)。從志愿者脂肪組織中分離RNA，采用RT-qPCR檢測UCP1和CPT1b的表達(dá)，MOVA、5OP、BHIVA濃度與UCP1、CPT1b組織表達(dá)顯著相關(guān)。這些數(shù)據(jù)表明，代謝因子在功能上與人類生理相關(guān)，并可能影響身體表型。體內(nèi)代謝因子MOVA、5OP和BHIBA增加系統(tǒng)能量消耗，調(diào)節(jié)脂肪組織和骨骼肌代謝表型。在肥胖和糖尿病小鼠模型中，MOVA、5OP和BHIBA減少了體重的增加，增加系統(tǒng)能量消耗，調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)。MOVA和5OP信號通過cAMP-PKA-p38 MAPK和BHIBA通過mTOR調(diào)控脂肪和肌細(xì)胞代謝基因的表達(dá)。

云克隆代謝途徑相關(guān)產(chǎn)品

代謝是生物體內(nèi)所發(fā)生的用于維持生命的一系列有序的化學(xué)反應(yīng)的總稱。這些反應(yīng)進(jìn)程使得生物體能夠生長和繁殖、保持它們的結(jié)構(gòu)以及對外界環(huán)境做出反應(yīng)。代謝通常被分為兩類：分解代謝可以對大的分子進(jìn)行分解以獲得能量（如細(xì)胞呼吸）；合成代謝則可以利用能量來合成細(xì)胞中的各個(gè)組分，如蛋白質(zhì)和核酸等。代謝的主要場所在細(xì)胞，所以代謝也叫細(xì)胞代謝。代謝過程實(shí)質(zhì)就是一個(gè)能量和物質(zhì)綜合利用的過程，由一系列的反應(yīng)參與，形成一條完整的通路，又叫做代謝通路或者代謝途徑。在生物體中根據(jù)代謝的物質(zhì)的不同，通常分為：糖代謝、脂肪代謝、蛋白質(zhì)代謝和核酸代謝，每種物質(zhì)的代謝都可能包含多條代謝通路，代謝通路之間也并不是相互獨(dú)立，他們相互交叉想成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)被稱為代謝網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，生物體可能在分類上、形態(tài)上等相差甚遠(yuǎn)，但是他們在代謝途徑上都是大同小異。代謝途徑中一系列的反應(yīng)大多為酶促反應(yīng)，這些酶的含量以及活性程度，往往成為了代謝途徑中的限速點(diǎn)，此外代謝過程中擴(kuò)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白也發(fā)揮著重要作用。

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