Spexin通过促进JAK2-STAT3途径介导的白色脂肪褐变来改善肥胖相关的代谢紊乱

文摘   2024-08-02 21:08   河北  


《营养与新陈代谢》(Nutrition & Metabolism)(JCR:Q2,IF:3.9)是一本以医学-营养学综合研究为特色的国际期刊。该刊由BioMed Central出版商创刊于2004年,已被国际重要权威数据库SCIE收录。期刊聚焦医学-营养学领域的重点研究和前沿进展,及时刊载和报道该领域的研究成果,致力于成为该领域同行进行快速学术交流的信息窗口与平台。



导读
在过去的40年里,全世界肥胖的患病率几乎增加了两倍,现在肥胖正在成为一个全球性的公共卫生问题。肥胖会增加许多慢性疾病的风险,包括2型糖尿病、心血管疾病和非酒精性脂肪性肝病。肥胖是由热量摄入和能量消耗之间的不平衡驱动的,过量的营养物质以体脂的形式储存。治疗肥胖的方法要么是减少卡路里的摄入,要么是增加能量的消耗。然而,从长远来看,减少食物摄入量是很困难的。因此,近年来,提高关键代谢器官(如脂肪组织)的能量消耗正成为对抗肥胖的一种有吸引力的策略。
传统上,脂肪组织被分为两大类:储存多余脂肪的白色脂肪组织(WAT)[5]和棕色脂肪组织(BAT),棕色脂肪组织在UCP1的作用下,通过燃烧与ATP分离的营养物质来产生热量,从而发挥产热作用。最近的证据强调了WAT的可塑性,通过一系列机制,脂肪组织可以从储存能量的白色脂肪细胞转变为产热的米色脂肪细胞,这一过程被称为WAT的“褐变”。这些米色细胞更接近白色脂肪细胞谱系,并且含有与完全刺激的棕色脂肪细胞相当数量的线粒体,这表明它们可能具有相似的产热能力。已有研究表明BAT对人体具有有益的代谢作用,并且BAT的量与能量消耗呈正相关。因此,脂肪细胞褐变的诱导越来越被认为是对抗的目标肥胖与代谢综合征的发展。
SPX (Spexin)是一种由14个氨基酸组成的新型肽激素,最初是通过基于马尔可夫生物活性肽筛选模型的计算方法确定的。该肽广泛分布于内分泌和上皮组织中,包括多种动物的肝脏、下丘脑、脂肪组织、甲状腺和垂体前叶。本研究旨在探讨SPX是否通过促进白色脂肪褐变来缓解HFD诱导的肥胖,并探讨其体内外机制。


结果


Results
 
1
SPX改善小鼠高脂肪饮食引起的体重增加

如图B和C所示,与ND相比,HFD导致体重显著增加。与Veh组相比,SPX治疗阻止了HFD小鼠体重的进一步增加(图D和E)。并且,SPX并没有减少这些HFD小鼠的食物摄入量(图1H)。此外,在整个研究过程中,ND+SPX和ND+Veh小鼠的体重没有差异。与体重一致,H&E染色显示HFD+SPX小鼠的平均脂肪细胞大小小于HFD+Veh小鼠。而ND+SPX和ND+Veh小鼠的脂肪细胞大小没有差异(图F和G)。


2

SPX促进HFD小鼠的能量消耗

采用综合实验动物监测系统分析了SPX对能量消耗的影响。HFD组小鼠的VO2、VCO2和RER水平低于ND组。SPX处理后,HFD+SPX小鼠的VO2(图2A、D和2G)和VCO2(图2B、E和2h)水平高于HFD+Veh小鼠。此外,与HFD+Veh小鼠相比,SPX治疗显著增加了HFD+SPX小鼠的RER(图2C和F)和EE(图2I和J)。然而,ND+SPX和ND+Veh小鼠的VO2、VCO2、RER和EE均无差异。

3
SPX改善HFD诱导肥胖的糖脂代谢

饲喂HFD的小鼠血清TCHO、LDL和HDL水平明显高于饲喂ND的小鼠。与HFD+Veh小鼠相比,SPX治疗后HFD+SPX小鼠血清TCHO和HDL水平降低。然而,ND+Veh和ND+SPX小鼠的血脂水平没有显著差异(图B和C),各组间血清TG水平具有可比性(图A)。

如图E所示,在IPGTT期间,饲喂HFD的小鼠血糖水平和AOC均高于饲喂ND的小鼠(图E和F),这表明HFD损害了这些小鼠的糖耐量。

有趣的是,与HFD+Veh小鼠相比,HFD+SPX小鼠的AOC值显著降低,而ND+SPX与ND+Veh小鼠的AOC值无差异(图F)。上述结果表明,SPX可减轻HFD诱导的肥胖小鼠的糖耐量。

与ND小鼠相比,HFD小鼠的UCP1和褐变脂肪细胞标志物TBX1和CIDEA的mRNA和蛋白表达均显著降低。SPX处理后,HFD小鼠WAT中UCP1及其他褐变脂肪细胞标志物的蛋白(图A和B)和mRNA(图D)表达均高于Veh处理组,免疫组化染色也证实HFD+SPX组UCP-1表达上调(图C)。

我们通过测量mtDNA相对于核DNA (CYT-B/b-actin)来估计WAT线粒体数量,发现HF饮食显著降低了线粒体数量,而与HFD+Veh组相比,SPX显著增加了HFD+SPX组WAT的线粒体数量(图A)。这些数据经透射电镜证实(图B)。总的来说,随着WAT线粒体数量的增加,SPX促进了褐变。


 
4
SPX增加3T3-L1白色脂肪细胞中的褐变脂肪特异性标记物
为了研究SPX是否也能在体外诱导白色脂肪细胞褐变,研究用SPX处理成熟的3T3-L1脂肪细胞,发现SPX增加UCP1、TBX1和CIDEA的表达呈时间依赖性(图6A和B)和浓度依赖性(图C和D)。结果显示,SPX的最佳浓度为100nM,最佳时间为3h。
因此,选择该浓度进行进一步试验。研究发现,SPX显著上调了UCP1、TBX1和CIDEA的mRNA表达水平(图E)。免疫荧光染色也证实了SPX处理对UCP-1表达的上调(图F)。


5
SPX增加3T3-L1白色脂肪细胞的线粒体数量
与对照组相比,SPX处理的脂肪细胞中CYT-B/Actin水平较高,表明SPX显著上调了线粒体数量(图7A),透射电镜也观察到SPX处理的脂肪细胞中线粒体数量增加(图7B)。因此,用MitoTracker绿色染色完全分化的脂肪细胞显示spx处理的脂肪细胞染色更强(图7C)。

6
SPX通过增强JAK2-STAT3信号通路诱导白色脂肪细胞褐变

为了研究SPX调控脂肪细胞褐变的分子机制,该研究对完全分化的脂肪细胞进行了RNA-Seq分析,以研究SPX处理诱导的全局转录组变化,生物过程中最富集的三个术语是“细胞因子-细胞因子受体相互作用”、“产热”和“类风湿关节炎”(图A)。和KEGG富集分析表明,JAK/STAT信号通路是参与SPX褐变作用的重要途径(图B)。

与RNA-Seq结果一致,研究证明了p-JAK2/JAK2和p-STAT3/ STAT3的表达水平上调(图C和D)。此外,与HFD+Veh小鼠相比,HFD+SPX小鼠WAT中JAK2和STAT3的磷酸化水平显著升高(图E和F)。然而,ND+SPX组和ND+Veh组之间JAK2和STAT3的磷酸化水平没有差异。

因此,我们试图探索SPX是否通过激活JAK2-STAT3信号通路促进脂肪细胞褐变,并用JAK2-STAT3信号通路抑制剂AZD1480 (JAK2拮抗剂)或static (STAT3拮抗剂)预处理成熟脂肪细胞。AZD1480(图A和B)或静态(图C和D)预处理也可以消除UCP1、TBX1和CIDEA的增加。SPX诱导的脂肪细胞线粒体细胞色素B基因上调被AZD1480或静态逆转(图E)。同样,AZD1480或静态预处理消除了SPX处理的脂肪细胞中UCP1、TBX1和CIDEA mRNA表达的增加(图F)。这些发现表明SPX通过激活JAK2-STAT3信号通路促进脂肪细胞褐变。




结论

综上所述,该研究首次证明了SPX通过诱导白色脂肪褐变来减轻饮食性肥胖和改善糖脂代谢,并且SPX的促褐变作用是通过JAK2/STAT3途径介导的。这些发现为治疗肥胖相关疾病提供了潜在的分子靶点。此外,由于棕色脂肪细胞是能量消耗的另一个主要贡献者,SPX治疗是否会影响棕色脂肪细胞仍需进一步研究。鉴于小肽领域的新兴进展,SPX可能作为治疗肥胖和代谢性疾病的有希望的策略。


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