博文
Nature Metabolism：你的脂肪不御寒，巨噬细胞在搞怪（上）
||
Nature Metabolism：你的脂肪不御寒，巨噬细胞在搞怪（上）
初稿 | 吴世林
校对 | 胡敏
小编注 | 吴世林 陈芳芳 胡敏
排版 | 吴世林
编辑 | 孟美瑶
背景介绍
产热性棕色和米色脂肪组织能够预防肥胖及相关病变，是因为它们具有在无效循环中分解储存的脂肪的独特能力。这一过程依赖于关键的产热效应蛋白，如解偶联蛋白1（UCP1）。UCP1可以通过消除跨线粒体内膜上的质子梯度，使氧化磷酸化与ATP生成解偶联。
由于激活产热作用具有治疗价值，因此，探究在基础状态下处于静止状态的产热脂肪的活性调节机制一直备受关注。成年人体内同时存在棕色脂肪和米色脂肪。无论在啮齿动物还是在人类中，目前研究最为充分的、能够激活产热作用的干预措施是冷暴露，其作用机制涉及肾上腺素能信号传导。然而，像米拉贝隆（mirabegron）这样的β3-肾上腺素受体激动剂，在其显著激活棕色脂肪所需的临床测试剂量下，引发了人们对其潜在心血管副作用的担忧，尤其是在肥胖和代谢功能障碍患者长期使用的情况下，这成为采用该方法取得进展的关键障碍。
除产热外，棕色脂肪细胞还具有摄取细胞外代谢物的能力。三羧酸循环的中间产物琥珀酸即为典型代表。琥珀酸的摄取及其在胞内的氧化，可以驱动棕色脂肪组织（BAT）中UCP1依赖性的产热过程，且独立于肾上腺素能信号传导（小编注：冷暴露可使血液循环中的琥珀酸水平升高，而棕色脂肪细胞具有特异性“摄取”细胞外琥珀酸的能力（白色脂肪细胞和前体脂肪细胞无此能力）。琥珀酸进入棕色脂肪细胞线粒体后，会被琥珀酸脱氢酶（SDH）的黄素辅基快速氧化，此过程并非在推动TCA循环运转，而是通过向辅酶Q池注入过量电子，引发线粒体电子传递链进入高度还原状态，进而产生显著的线粒体活性氧（ROS）爆发。这种ROS并非代谢副产物，而是作为关键的信号分子，选择性氧化线粒体基质中的过氧化物还原酶3等靶蛋白的半胱氨酸残基，最终驱动解偶联蛋白1（UCP1）介导的质子漏呼吸，使线粒体呼吸链从ATP合成转向以产热为目标的非偶联呼吸，从而显著提升能量消耗。实验验证表明，使用SDH竞争性抑制剂丙二酸或阻断SDH向辅酶Q的电子传递（如Atpenin A5），均可完全阻断琥珀酸诱导的ROS产生和随之而来的产热呼吸；同样，使用线粒体靶向抗氧化剂MitoQ或N-乙酰半胱氨酸清除ROS后，琥珀酸依赖性呼吸也受到明显抑制。在整体水平上，通过膳食补充琥珀酸提高循环浓度，能够依赖UCP1激活BAT产热，有效抵抗高脂饮食诱导的肥胖并改善葡萄糖耐量，而UCP1敲除小鼠则完全丧失上述代谢获益。参考文献：Mills, E. L. et al. 2018. Nature）。
近年来，越来越多的证据表明，免疫细胞，尤其是巨噬细胞，是棕色脂肪和米色脂肪的关键调节者。已有研究表明，巨噬细胞对产热脂肪细胞兼具正向与负向调节作用，但其具体调控机制尚不明确。迄今为止，相关研究主要聚焦于巨噬细胞来源的细胞因子和肽类分子。
目前已有充分证据表明，源自线粒体的代谢物具有独特的信号传导能力，并能从细胞中分泌出来，以旁分泌方式发挥调控作用。在此，研究人员提出了一个假说，即一种源自巨噬细胞的代谢物可能作为旁分泌信号来调控产热脂肪细胞，并最终鉴定出衣康酸是产热的负调节因子（小编注：此前研究发现，在巨噬细胞响应革兰氏阴性菌脂多糖（LPS）刺激时，顺乌头酸脱羧酶（由Irg1编码）表达会显著上调，该酶催化三羧酸循环中间体顺乌头酸脱羧生成衣康酸。这一代谢转换赋予了衣康酸独特的免疫调节功能。衣康酸最为经典的靶点是琥珀酸脱氢酶（SDH）。通过竞争性抑制SDH活性，衣康酸可调控线粒体代谢和活性氧产生，进而影响下游信号通路。在此基础上，大量研究揭示了衣康酸广谱的抗炎活性：其能显著抑制脂多糖刺激巨噬细胞中促炎细胞因子（如IL-6和IL-12）的产生，同时增加IFN-β的生成（在这里，IFN-β属于Ⅰ型干扰素，它的经典作用是抗病毒免疫激活，并非传统抗炎因子；但在LPS诱导巨噬细胞炎症模型中，IFN-β可通过诱导负反馈调控机制限制炎症，因此衣康酸诱导IFN-β升高并不与其抗炎作用矛盾。IFN家族不能简单归类为促炎因子，IFN（干扰素）家族作为免疫调节因子，主要参与抗病毒和免疫应答调控；其中部分成员具有明显促炎作用，但部分情况下也能发挥抗炎或免疫抑制作用。其中IFN-γ主要偏向促炎；IFN-α/β具有高度的环境依赖性，其在不同的炎症背景下和免疫状态下可发挥免疫激活或炎症抑制作用），并有效阻断核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（NLRP3）炎症小体的活化。凭借这些效应，衣康酸在临床前模型中表现出令人瞩目的治疗潜力，应用于脓毒症、缺血再灌注损伤、肺纤维化等多种炎症性疾病的干预研究均获得积极结果。然而，也有研究发现，衣康酸在组织驻留肺泡巨噬细胞活化中促进了促炎细胞因子的产生和NLRP3炎症小体的活化。其体内给药会加重LPS诱导的急性肺损伤。这些复杂性使得衣康酸的精准靶向和应用又面临着巨大挑战。参考文献：M Shan. et al. 2025. Cell Metabolism）。
敲黑板啦！
1、衣康酸是BAT中巨噬细胞来源的旁分泌信号，受冷暴露动态调控；
2、髓系特异性Irg1敲除可增强冷诱导的产热；
3、衣康酸通过竞争性结合MCT1，阻断琥珀酸摄取从而抑制产热。
研究结果
1、衣康酸在BAT细胞外间隙中特异性积累
研究人员首先采用比较代谢组学的方法，以鉴定在体内选择性且局部分泌于BAT的代谢物（图1A）。为此，他们采用了一种成熟的方法，从未受刺激的雄性小鼠血浆、BAT及其细胞外液（EF，由间质液和局部血液组成）中分离出代谢物。研究人员首先鉴定了与总BAT相比在BAT细胞外液（EF）中富集的代谢物（细胞外代谢物与细胞内代谢物；图1b和补充表1），以及与整体血浆相比在局部棕色脂肪组织细胞外液（BAT EF）中富集的代谢物（局部细胞外代谢物与整体循环代谢物；图1c和补充表2）。通过比较上述两组数据共有的富集代谢物，研究人员鉴定出11种在BAT局部细胞外空间中富集的代谢物。在此基础上，研究人员进一步比较了这些代谢物在BAT细胞外液与非产热内脏脂肪组织（VAT）细胞外液中的丰度。在同时满足前述两个富集条件的代谢物中，只有一个种代谢物在BAT细胞外液中相对于VAT细胞外液中呈现显著富集（图1B、1C和表S3）。这是一种名为衣康酸的线粒体代谢物。衣康酸是由三羧酸循环中间产物顺乌头酸经脱羧反应形成（图S1A）。该反应由乌头酸脱羧酶1（aconitate decarboxylase 1，ACOD1，下文简称免疫反应基因1（immunoresponsive gene 1，IRG1）催化，该酶在巨噬细胞中高度表达。
研究人员检测了雄性小鼠棕色脂肪组织（BAT）、含有米色脂肪细胞的皮下脂肪组织（SAT）以及非产热性内脏脂肪组织（VAT）的细胞外液（EF）中衣康酸的绝对浓度，并发现在从BAT和SAT分离的EF中，衣康酸浓度显著高于VAT的（图1D）。在BAT、SAT和VAT整体组织中，衣康酸浓度之间没有显著差异，这表明衣康酸的细胞外积累并非纯粹是组织内的高丰度所导致的，而是取决于其向局部BAT的EF中的释放（图1E）。雄性小鼠的肺和脾组织中，衣康酸的浓度最高（图S1B）。在其EF中观察到了类似的表型（图S1C）。
研究人员随后又检测了雄性小鼠血浆和BAT EF中衣康酸的绝对浓度。数据表明，衣康酸的循环水平较低（约3 μM），而BAT EF中的衣康酸浓度高达约20 μM（图1F）。这种表型对衣康酸具有特异性：与雄性小鼠血浆相比，BAT EF中的顺乌头酸（即衣康酸前体）以及三羧酸循环近端中间代谢物α-酮戊二酸均未升高（图S1D、S1E）。此外，血浆中衣康酸浓度与BAT EF中衣康酸浓度之间不存在相关性，这表明BAT EF中的衣康酸并非来源于血液循环（图S1F）。这些表型与在雌性小鼠中观察到的几乎完全一致（图S1G–S1N）。研究人员推测，衣康酸在雄性和雌性小鼠中可能都起着一种旁分泌信号的作用。因此，研究人员在后续实验中使用雄性和雌性两种性别的小鼠，所有关键实验均在两种性别的小鼠中开展。综上所述，这些数据表明，衣康酸很可能由巨噬细胞（已知产生衣康酸的主要细胞）分泌至BAT EF中，并可能代表一种此前未被重视的旁分泌信号。
在证实了在标准饲养条件下，衣康酸会在BAT的局部细胞外环境中积累后，研究人员接下来想要了解在冷暴露（4°C）激活产热作用后，BAT EF中的衣康酸水平是否发生变化。在冷暴露后1小时内，BAT EF中衣康酸的含量显著下降，并在冷暴露后24小时恢复至热中性（29°C）水平（图1G）。在完整的BAT中也观察到了类似趋势，尽管其显著下降出现在第6小时（图1H）。类似地，BAT中Irg1的表达在冷暴露后，其表达显著下降（图1I）。值得注意的是，在长期激活产热作用（冷暴露2周）后，BAT EF及BAT中衣康酸的含量均显著升高（图S1O）。在长期寒冷暴露后（此时发生米色化过程），SAT EF或SAT中的衣康酸水平并没有发生显著变化，这提示该表型具有BAT特异性（图S1O）。综上所述，细胞外衣康酸水平在急性产热激活时减少，而在长期产热激活时增加。
上述发现表明，冷暴露后BAT中Irg1表达水平下降。由于全组织检测无法区分不同细胞类型的特异性贡献，因此，研究人员接下来从BAT中分选出免疫细胞，并在热中性条件下和急性冷暴露后分别检测Irg1的表达情况。鉴于Irg1在髓系细胞中高度表达，研究人员重点研究了Ly6C−和Ly6C+巨噬细胞（分别源自组织驻留细胞和单核细胞）以及中性粒细胞，并将B细胞作为非髓系细胞群的对照群体（图S1P）。这两种巨噬细胞和中性粒细胞中均表达了可轻易检测到的Irg1水平，而B细胞不表达Irg1（图S1Q）。与Ly6C−巨噬细胞相比，Ly6C+巨噬细胞中Irg1表达水平更高，且经冷暴露后，这两种巨噬细胞中，Irg1的表达均有所下降（图S1R）。值得注意的是，冷暴露后，Ly6Chi巨噬细胞的数量占比显著降低（图S8F）（小编注：Ly6Chi是Ly6C+中的一个亚群，指 Ly6C表达水平特别高的那部分细胞，通常代表新鲜浸润、炎症性更强的单核细胞来源巨噬细胞）。冷暴露后中性粒细胞中Irg1表达水平升高（图S1S）。综上所述，这些数据表明Ly6C+巨噬细胞是表达Irg1的主要巨噬细胞亚型，在冷暴露后数量减少且Irg1表达水平下降。据此推断巨噬细胞群体可能是BAT中衣康酸释放的来源，而该释放会在冷暴露后减少；同时，冷暴露后巨噬细胞中衣康酸含量的调节存在双重调控机制，即Irg1表达水平的降低以及Irg1阳性主要细胞群体占比的减少（图1G）（小编注：图1G本身主要反映的是冷暴露后BAT中衣康酸水平的整体变化，并不能单独说明Irg1阳性主要细胞群体占比的减少。在本文中，研究者先是通过单细胞群体分析和Irg1表达检测，发现Ly6C⁺巨噬细胞是BAT中主要表达Irg1的巨噬细胞亚群（图S1Q）。进一步的流式分析显示，冷暴露后Ly6C⁺巨噬细胞比例下降，提示主要的Irg1表达细胞群体减少。与此同时，在分选的免疫细胞中检测发现，冷暴露降低了巨噬细胞中Irg1的表达水平（图S1S），说明单个Irg1阳性细胞的衣康酸合成能力也受到影响。因此，研究者推测，衣康酸水平的下降可能同时来源于“Irg1阳性细胞数量减少”和“单个细胞Irg1表达下降”两个层面的变化）。
图7 | 在小鼠体内增加肝源性GPLD1或抑制TNAP活性可改善阿尔茨海默病病理及认知缺陷
图S1 | 衣康酸在BAT细胞外液（EF）中积累
2、冷敏感性细胞因子通过巨噬细胞调控衣康酸释放
以上的数据表明，衣康酸被释放至BAT EF中，且其水平对冷暴露呈动态响应。这表明，作为产生衣康酸的主要细胞类型，巨噬细胞能够分泌衣康酸，且这种分泌受冷刺激的调控。已有研究证实，巨噬细胞在脂多糖（LPS）等炎症刺激物诱导后，以及在细菌感染期间，均可分泌衣康酸，但尚不清楚在缺乏细菌刺激的情况下是否也能发生这种分泌。研究人员首先探究了冷暴露后会发生变化的代谢物或营养物质（包括琥珀酸、游离脂肪酸和葡萄糖），以及神经递质/激素（如去甲肾上腺素、多巴胺、5-羟色胺和皮质酮）（小编注：冷暴露通过激活神经-内分泌系统和代谢重编程，可以驱动多种代谢物水平发生动态变化。首先，冷刺激会激活中枢交感神经系统，导致BAT内的去甲肾上腺素周转率急剧增加，去甲肾上腺素通过β-肾上腺素能受体激活产热程序，同时触发脂肪分解，并释放游离脂肪酸（[1] Young, J. B. et al. 1982. J. Clin. Invest；Ogawa, K. et al. 1987. Jpn J. Physiol）；此外，冷暴露还促进BAT对循环葡萄糖的摄取利用以支持产热（[2] Blondin, D. P. et al. 2014. J. Clin. Endocrinol. Metab）。与此同时，下丘脑-垂体-肾上腺轴激活导致糖皮质激素（如皮质酮）分泌显著升高，其可通过拮抗PPARγ抑制脂联素表达，进而调控产热基因网络（[3] Luo, L. et al. 2021. Biomolecules）；在多巴胺方面，冷暴露（30分钟内）可快速增加BAT中多巴胺含量并提高其周转率，但多巴胺的具体作用尚存争议，可能主要作为NE合成前体（[4] Blouquit, M. F. et al. 1996. Horm. Metab. Res）；5-羟色胺在冷暴露中被动员，但研究显示其主要储存在BAT的肥大细胞中，冷适应可使其细胞数量加倍，提示5-羟色胺可能通过旁分泌途径参与调控（[5] Mory, G. et al. 1983. Biol. Cell）。琥珀酸的积累则独立于肾上腺素能信号，其机制在于BAT棕色脂肪细胞具有摄取循环中琥珀酸的能力，并通过琥珀酸脱氢酶氧化产生线粒体活性氧（ROS），从而驱动UCP1依赖性产热（[6] Mills, E. L. et al. 2018. Nature）。综上，冷暴露通过交感-肾上腺轴、下丘脑-垂体-肾上腺轴及细胞代谢重编程等多通路协同，系统性地改变这些代谢物与激素水平，以实现精确的产热调控。），是否能够调控巨噬细胞的衣康酸释放。然而，用去甲肾上腺素、5-羟色胺、皮质酮或多巴胺（这些神经递质和激素在冷暴露下会增加）处理骨髓来源巨噬细胞（bone marrow-derived macrophages，BMDMs）时，对衣康酸的释放没有影响（图S2A）。同样，冷暴露后升高的营养物质或代谢物——包括脂肪酸（棕榈酸和棕榈油酸）、葡萄糖和琥珀酸——对BMDMs的衣康酸释放也没有影响（图S2B–S2D）。
由于巨噬细胞中衣康酸的生成会受到某些细胞因子等炎症刺激之后显著上调，因此研究人员进一步探究一种对寒冷刺激敏感的细胞因子是否能够调控衣康酸的释放。为此，研究人员检测了一系列细胞因子在冷暴露后的表达变化，发现白细胞介素-33（Il33）、肿瘤坏死因子（Tnf）和干扰素γ（Ifng）的表达在冷暴露早期即显著下调，分别早至1小时（Tnf）和6小时（Il33和Ifng）（图S2E）。Il12p40、Il10和转化生长因子-β（Tgfb）的表达在较晚时间点显著下调，而Il6、Il1ra和Il1b的表达不受冷暴露影响（图S2E）。研究人员检测了这些细胞因子是否会影响巨噬细胞释放衣康酸。值得注意的是，经过细胞因子IL-33、TNF和IFNγ处理的BMDMs（这些细胞因子在急性冷暴露后表达下调）其细胞外衣康酸水平显著升高（图S2F）。TNF、IFNγ和IL-33均可增加细胞内衣康酸的水平，这与既往报道的结果一致（图S2G）。IL-12p40、IL-10、TGFβ、IL-6和IL-1RA等对急性冷暴露不敏感的细胞因子，对BMDMs中衣康酸的释放没有影响（图S2H）。该表型对衣康酸具有高度选择性。在TNF、IFNγ或IL-33对BMDMs处理下，无论是顺乌头酸还是α-酮戊二酸，其在胞内或上清液中浓度均未升高（图S2I、S2J）。这些数据表明，在缺乏病原体来源信号的情况下，巨噬细胞仍能够积累细胞外衣康酸，且细胞因子TNF、IFNγ和IL-33可强效诱导该表型。
研究人员接下来探究细胞因子诱导的衣康酸细胞外积累是否需要ATP结合盒转运蛋白G2（ATP-binding cassette transporter G2, ABCG2）——一种最近在LPS激活的巨噬细胞中发现的衣康酸外排蛋白转运体。研究人员发现，Ko143（一种强效且具有选择性的ABCG2抑制剂）可显著抑制IL-33处理的BMDMs中细胞外衣康酸的积累，但并未完全消除这种积累（图S2K）。研究人员利用经TNF处理的巨噬细胞对这些结果进行了验证，发现Ko143同样降低了TNF刺激后细胞外衣康酸的水平（图S2L）。此外，研究人员测试了其他ABCG2抑制剂（烟曲霉素C、新生霉素、非布司他、elacridar和5,7-二甲基黄酮）对IL-33诱导的细胞外衣康酸积累的影响，发现这6种抑制剂中有3种可显著降低细胞外衣康酸积累（图S2M）。
综上所述，这些数据表明，TNF、IFNγ和IL-33可调控巨噬细胞中衣康酸的释放，且在冷暴露后，这些细胞因子的表达显著下降，从而导致释放至BAT EF中的衣康酸减少。
图S2 | 衣康酸在细胞因子刺激下从巨噬细胞释放
3、髓系来源的衣康酸负向调控产热
迄今为止，研究人员对衣康酸的生物学认知主要局限于其在炎症病理调控中的作用，因为炎症刺激会显著上调巨噬细胞中衣康酸的合成。然而，关于该代谢物更广泛的生理功能，目前知之甚少。在证实巨噬细胞会分泌衣康酸，且BAT EF中其水平随冷暴露而下降之后，研究人员接下来希望通过研究髓系细胞无法产生衣康酸的小鼠，来探究该代谢物是否在脂肪组织产热中发挥作用。
尽管最初认为Irg1仅在髓系细胞中表达，但近期报道已鉴定出其他细胞群体在特定病理条件下也能产生衣康酸，但其水平远低于巨噬细胞。为确保衣康酸来源于髓系细胞，研究人员使用了髓系特异性IRG1敲除（Irg1fl/fl Lysosome2（Lyz2，又称LysM）Cre）小鼠。研究人员验证了BAT中髓系细胞Irg1的成功敲除（图S3A、S3B）。
为探究衣康酸在调节脂肪组织产热过程中的潜在作用，研究人员首先比较了Irg1fl/flLysMCre+小鼠与同窝Irg1fl/flLysMCre−对照小鼠的代谢生理学特征。研究人员将这些小鼠置于一系列产热刺激条件下，以引发不同程度的产热激活，同时利用间接热量测定法监测其能量消耗和代谢参数。Irg1fl/flLysMCre+与Irg1fl/flLysMCre−小鼠的体重和体成分相当（图2A、2B）。在无热应激条件下（即热中性环境或29°C），Irg1fl/flLysMCre+与Irg1fl/flLysMCre−小鼠的能量消耗率（图2C、2D）、耗氧量（VO2；图2F、2G）和二氧化碳释放量（VCO2；图2I、2J）均无显著差异。然而，在冷暴露激活产热后，与Irg1fl/flLysMCre−小鼠相比，Irg1fl/flLysMCre+小鼠表现出显著更高的能量消耗（图2C–2E）、VO2（图2F–2H）和VCO2（图2I–2K）。该表型仅在夜间（即小鼠活跃时）出现，且仅在小鼠可自由使用跑轮进行自愿性运动时才显现（图S3C–S3E）。这表明，在产热激活后，衣康酸对全身能量消耗起负调控作用。
接下来，研究人员将Irg1fl/flLysMCre+和Irg1fl/flLysMCre−小鼠置于4°C环境中，并通过直肠探头和红外热成像技术监测其体温。在4°C暴露后，雌性Irg1fl/flLysMCre+小鼠的体温显著高于Irg1fl/flLysMCre−小鼠（图2L），且通过红外成像评估，Irg1fl/flLysMCre+小鼠在冷暴露后体表温度有升高趋势（图2M、2N）（小编注：首先，所有红外图像均使用FLIR热成像相机采集。原始图像通过FLIR Tools软件转换为包含逐像素温度数据的RAW格式，导入到AMIDE医学图像分析平台进行处理。在AMIDE中，RAW文件被设定为32位浮点型、小端序格式，图像矩阵为240×320×1，体素大小为1。为确保测量结果的可比性与重现性，研究人员在每只小鼠的红外图像上分别于全身区域（whole body）、肩胛间区（interscapular region，即棕色脂肪组织BAT所在区域）以及尾部（tail）手动绘制固定的矩形感兴趣区域（ROI），并在不同图像间根据解剖标志调整ROI尺寸以确保一致性。随后，针对每个ROI，系统提取全部像素的温度值，并按降序排列，仅选取温度最高的前50%像素计算其平均温度，以此作为该区域的最终温度代表值。这种“半最大温区平均法”能够有效避免低温背景区域（如非产热组织、毛发及空气间隙）对温度读数的稀释效应，从而更灵敏地反映代谢活跃组织的热辐射水平。最终，各处理组间（如WT与基因敲除组）的体表温度差异通过双因素方差分析（two-way ANOVA）等统计方法进行显著性检验，以评估基因型及冷暴露对产热表型的影响。（Mills, E. L. et al. Cell Metab 2022））。该表型在雄性Irg1fl/flLysMCre+小鼠中表现得不那么明显（图S3F）。这些数据与观察到的能量消耗、VO2和VCO2的变化相一致，这表明在冷暴露后，Irg1fl/flLysMCre+小鼠的产热作用显著增强（图2C–2K）。由此，研究人员得出结论：髓系细胞来源的衣康酸很可能是产热的负调控因子。在热中性条件下能量消耗几乎没有差异，这一显著现象表明，衣康酸对冷暴露后触发的某种过程起着负调节作用。
接下来，为检验衣康酸是否足以诱发低体温，研究人员在将小鼠暴露于低温环境前向其注射了衣康酸。引人注目的是，注射衣康酸后在，确实导致了小鼠在冷暴露后出现低体温（图2O）。为验证该表型是否依赖于BAT，研究人员使用了缺乏UCP1的小鼠（Ucp1−/−）进行进一步讨论。UCP1仅在棕色和米色脂肪组织中表达，是一种关键的产热效应蛋白。UCP1的缺失足以导致棕色和米色脂肪细胞线粒体中的大多数分解代谢酶的耗竭。在缺乏UCP1且棕色脂肪功能失调的小鼠中，衣康酸对体温没有影响（图2P），这表明衣康酸的降体温效应需要功能正常的BAT存在。
图2 | 髓系细胞来源的衣康酸是产热的负调节因子
图S3 | 髓系细胞来源的衣康酸是产热的负调节因子（补充数据）
4、外源性口服衣康酸对产热无显著影响
近期一项研究指出，在肥胖小鼠中每日灌胃给药衣康酸后，外源性衣康酸可降低脂肪含量并提升肩胛间表面温度。该效应被归因于脂肪酸氧化过程的改变（小编注：此处引用的是2024年发表于《Cell Reports》的研究，作者通过每日灌胃给药肥胖小鼠衣康酸，发现衣康酸能够在不依赖瘦素信号通路的情况下，显著降低体重增长、改善葡萄糖耐量与胰岛素抵抗、并逆转高脂血症。并且，该研究通过无偏蛋白质组学分析发现，衣康酸处理引起了BAT蛋白质组的深度重编程，其中上调的蛋白主要富集于脂肪酸氧化和产热通路，而下调的蛋白则主要参与脂肪酸从头合成过程。具体而言，衣康酸促进了脂肪酸摄取相关蛋白（如LPL、FATP1）、β-氧化酶系（如CPT1、CPT2、ACADS等）以及产热关键蛋白UCP1和β3-肾上腺素能受体（ADRB3）的表达升高，同时抑制了脂质合成核心酶系（如ACLY、ACC1、FASN、SCD）的表达。为了进一步验证这一机制的特异性，研究者构建了BAT特异性过表达衣康酸分解酶CLYBL的转基因小鼠，结果发现CLYBL在BAT中的过表达几乎完全逆转了衣康酸带来的减重和产热效应，从而直接证明了衣康酸的抗肥胖作用确实依赖于其在BAT中的积累及其对脂肪酸氧化与合成平衡的调控。Zihan Yu, et al. Cell Reports. 2024））。在此研究中，研究人员采用多种方法，探讨了短期和长期口服衣康酸对一系列代谢参数的影响。在所有实验条件下，衣康酸均被调节至pH 7.4，并使用氯化钠来控制渗透负荷和反离子，因为若不控制这些参数，则会产生超越代谢物信号传导本身的混杂效应（小编注：反离子是为了维持电荷中性，而与目标带电分子配对存在的带相反电荷的离子。衣康酸本身是一个二羧酸，在生理PH（7.4）条件下，它的两个羧基会发生解离，变成带2个负电荷的形式。这样的结构单独存在是不稳定的，因此需要2个正电荷来平衡。）。研究人员首先评估了口服衣康酸是否能够在BAT中被检测到。研究人员证实，以300 mg/kg体重的剂量口服给予¹³C₅-衣康酸（该剂量基于既往报道选定）后，在血浆、BAT和BAT EF中均可检测到信号（图S4A–S4C）。研究人员将小鼠置于高脂饮食（HFD）条件下，并按既往报道的方法，每日灌胃给予衣康酸，持续7天（图S4D）。各组间起始体重和身体成分相同（图S4E、S4F）。然而，与既往报道不同，研究人员未发现各组间在体重、身体成分或食物摄入量方面存在差异（图S4G–S4K）。在实验期间，研究人员通过直肠探头测定了小鼠体温，并在干预结束时测量了小鼠的平均体表温度，结果显示，各组间无明显差异（图S4L–S4N）。研究人员评估了与脂肪酸氧化、脂肪合成相关的基因表达以及Ucp1的表达情况，未发现组间差异（图S4O、S4P）。最后，研究人员通过H&E染色对BAT进行形态学评估，仍然没有发现各组间在脂肪细胞大小、脂滴大小或脂滴丰度方面存在显著差异（图S4Q）。
研究人员采用了几种额外的方法来验证上述发现。首先，研究人员按照既往研究中探究结构相似代谢物对产热作用影响的报道，将浓度为1%的衣康酸添加至高脂饮食喂养的小鼠的饮用水中，持续7天（图S5A）。结果发现，对照组与衣康酸处理组的小鼠在体重、体成分、食物摄入量、饮水量、体温、脂肪酸氧化和脂肪生成相关基因表达以及BAT形态方面均无差异（图S5B–S5P）。
其次，研究人员在普通饮食喂养的小鼠中重复了上述的实验干预措施（图S5Q），仍未发现其体重、体成分、体温或脂肪酸氧化和脂肪生成相关基因表达存在差异（图S5Q–S5AA）。对BAT的组织学分析显示，在普通饮食饲养条件下给予衣康酸后，脂肪细胞面积有轻度增大的趋势，这与部分BAT白化的现象一致（图S5AB）。但组织学检查未观察到明显的炎症或组织破坏迹象（图S5AB）。
随后，研究人员将小鼠置于HFD中喂养6周，并在饮用水中添加衣康酸（图S6A）。对照组与衣康酸处理组的小鼠之间，在体重、身体成分或基因表达方面均未观察到差异（图S6B–S6F、S6I、S6J）。各组间在食物摄入量和饮水量方面存在微小差异（图S6G、S6H）。研究人员还通过腹腔内葡萄糖耐量试验评估了葡萄糖耐量，发现口服衣康酸的小鼠在葡萄糖处理能力方面无变化（图S6K）。
综合上述数据来看，在标准饲养条件下，长期口服外源性衣康酸并不会影响产热作用或脂肪含量。
最后，研究人员研究了外源性衣康酸是否影响小鼠对冷暴露的应答。近期有研究显示，每日经灌胃口服衣康酸可在冷暴露4天后提高直肠温度。研究人员通过每天灌胃给予小鼠衣康酸（300 mg/kg体重），持续7天（图S6L）。并且每天通过直肠探头测量体温，在检测的任何时间点均未发现显著差异（图S6M）。在4天的处理期间，小鼠的平均体温无显著差异（图S6N）；但在7天处理期间，小鼠的平均体温存在微小但显著性的升高（图S6O）。红外成像结果表明，这至少部分可归因于衣康酸处理后尾部温度的变化；在接受衣康酸处理后，小鼠的肩胛间温度也呈现出类似的趋势（图S6P、S6Q）。这可能反映了全身性衣康酸的作用——在长期口服给药后，其水平显著升高（图S4A）。上述结果表明，在标准饲养条件下，慢性口服高剂量外源性衣康酸不会影响产热，但在冷暴露后可升高体温。
图S4 | 室温下7天口服衣康酸不影响HFD喂养小鼠的产热
图S5 | 长期口服衣康酸对HFD喂养和普通饮食喂养小鼠产热的影响
图S6 | 外源性衣康酸对HFD诱导的肥胖及冷暴露下产热的影响
https://blog.sciencenet.cn/blog-3483272-1548143.html
上一篇：Nature Metabolism：你的脂肪不御寒，巨噬细胞在搞怪(下)
