初稿 | 殷晓航 屈若颖 

校对 | 殷晓航 郑宇含

小编注 | 殷晓航 屈若颖

排版 | 屈若颖

编辑 | 孟美瑶

背景介绍

目前，全球肥胖人群数量已超十亿，肥胖个体患2型糖尿病（T2D）、心血管疾病等多种代谢合并症的风险显著升高。代谢综合征的发病机制，部分源于脂肪组织内持续性的低度炎症反应，该炎症会破坏脂肪组织的稳态与葡萄糖代谢平衡，并抑制产热脂肪的发育与活化。目前已知的产热脂肪主要分为棕色脂肪和米色脂肪两类。其中，米色脂肪活化后可增加能量消耗、改善葡萄糖稳态及提升胰岛素敏感性。因此，恢复产热脂肪活性是改善肥胖相关代谢功能障碍的一种干预策略。

运动可改善肥胖相关的多种代谢指标，包括葡萄糖耐量、胰岛素敏感性以及脂肪组织炎症水平。该研究团队的过往研究发现，在过表达PGC1-α或运动的骨骼肌中存在一种功能性多肽，命名为鸢尾素（Irisin），该多肽可部分模拟耐力运动的效应，包括诱导皮下白色脂肪组织米色化。鸢尾素是Ⅰ型膜蛋白FNDC5（含Ⅲ型纤连蛋白结构域蛋白5）的剪切产物，其表达水平随运动上调。鸢尾素的结合和信号传导需要应激诱导的热休克蛋白90α（HSP90α）激活αV整合素，随后鸢尾素与αV整合素结合从而介导信号传递。（小编注：Mu等人（2023）的研究发现：运动刺激肌细胞分泌Hsp90α到细胞外，分泌到胞外的Hsp90α会作为辅助因子，直接结合到整合素αVβ5的胞外域，并将其稳定在开放的激活状态，为鸢尾素的结合做好准备；整合素αVβ5被Hsp90α“打开”后，鸢尾素便能以高亲和力与之结合，形成“Hsp90α/αV/β5”的三元信号复合物，进而触发下游信号。（Mu et al.,2023））

Mu et al.,2023

与其他脂肪库相比，内脏脂肪组织（VAT）与肥胖相关代谢紊乱的关联最为密切。与皮下脂肪组织（SAT）相比，VAT的米色化程度低，而代谢活性高，并且具有一类参与维持脂肪组织稳态的特异性免疫细胞与免疫调节细胞。这类细胞群包括抗炎巨噬细胞（MFs）、2型固有淋巴细胞（ILC2）、调节性T细胞（T_reg）以及可调控免疫细胞活性与动态变化的特化基质细胞。（小编注：巨噬细胞在健康VAT中主要呈现为抗炎的M2样表型，它们执行着关键的维稳工作，如吞噬清除死亡的脂肪细胞和细胞碎片，防止其引发炎症，同时分泌PDGFc等因子支持健康脂肪细胞生长。但在肥胖时，抗炎的M2样巨噬细胞被大量从血液招募的促炎性M1样巨噬细胞所取代。这些M1巨噬细胞包围死去的脂肪细胞，形成标志性的“冠状结构”（CLS），并成为TNF-α、IL-1β等促炎因子的主要来源（Camell et al.,2023）；ILC2大量富集于VAT，它们一旦被激活，便会迅速释放下游信号。例如，ILC2是细胞因子IL-5和IL-13的主要来源。其中IL-5负责招募和维持嗜酸性粒细胞，而IL-13则与IL-4协同，促使巨噬细胞转化为抗炎的M2型，同时还能直接增强脂肪细胞的胰岛素敏感性（Molofsky et al.,2013）；VAT中的Treg是维持代谢健康的关键角色，它们通过分泌抑制性细胞因子（如IL-10），直接抑制其他免疫细胞的促炎攻击。同时，T_reg还能通过Oncostatin M (OSM) 信号通路，直接控制脂肪前体细胞的分化，调控脂肪组织的健康重塑（Li et al.,2024）；特化基质细胞在内脏脂肪组织中发挥指挥与调度的功能。例如，位于血管周的特定基质细胞（PDGFRβ⁺）是细胞通讯的枢纽，具体可分为脂肪前体细胞（APCs）和促纤维化/促炎祖细胞（FIPs）（Hepler et al.,2018）。）VAT中调节性 T 细胞（VAT-Treg）是一类特征明确的调节性T细胞亚群，可通过调控免疫细胞与脂肪细胞功能参与维持代谢稳态。VAT-Treg既表达Treg谱系特异性转录因子FOXP3，又因具有独特的转录组与T细胞受体库而有别于淋巴器官来源的Treg。此外，VAT-Treg对特定生长及存活因子具有依赖性，其中关键因子包括PPARγ、白细胞介素-33（IL-33）及其受体ST2。

拓展阅读：VAT-T_reg

生理状态下，VAT-Treg可以通过分泌抗炎因子或抑制促炎免疫细胞浸润，有效抑制脂肪组织慢性低度炎症，还能发挥维持胰岛素敏感性与全身代谢平衡的作用。在肥胖状态下，VAT-Treg数量减少、功能失调，进而加剧脂肪慢性低度炎症与胰岛素抵抗，促进代谢疾病进展。VAT-Treg的发育、存活与功能成熟高度依赖特定转录调控与细胞因子信号，其核心调控因子包括脂肪代谢关键转录因子PPARγ以及IL-33/ST2信号轴。

PPARγ是调控VAT-Treg的核心转录因子，可与Foxp3直接互作并协同驱动 VAT-Treg形成独特转录谱，介导VAT-Treg组织特异性表型与在脂肪组织中的驻留、积累及稳定存活。PPARγ能上调CD36等脂质代谢相关分子，促进VAT-Treg摄取脂质以适应高脂微环境；PPARγ有助于维持VAT-Treg的数量，从而减少促炎巨噬细胞等免疫细胞浸润，抑制脂肪组织慢性炎症；此外，PPARγ还是噻唑烷二酮类降糖药（如吡格列酮）发挥胰岛素增敏作用的关键介导分子，药物通过激活PPARγ可特异性扩增并修复VAT-Treg进而改善肥胖相关的胰岛素抵抗与代谢紊乱。

编码ST2蛋白（即细胞因子白细胞介素IL-33的受体）的Il1rl1基因，其在VAT-Treg中的表达模式与Pparg的表达模式相似。IL-33主要由内脏脂肪组织中的基质细胞产生，可特异性地促进VAT-Treg在脂肪组织中的局部增殖与积累。而ST2缺失会显著降低VAT-Treg数量。因此IL-33/ST2信号轴是调控VAT-Treg发育、积累与表型特征的关键通路。

[1]Elkins C, et al. Immunol Rev. 2024;324(1):52-67.

[2]Kolodin D,et al.Cell Metab. 2015;21(4):543-57.

[3]Cipolletta D, et al.Nature. 2012;486(7404):549-53.

IL-33主要由VAT中一群成脂能力较低的间充质基质细胞（mSCs）亚群分泌。局部产生的IL-33是决定VAT-Treg募集数量与功能状态的关键调控因子。IL-33可通过调控ST2⁺ 免疫细胞（包括ST2⁺ T_reg和ILC2）影响内脏脂肪组织炎症状态，并改善肥胖小鼠的代谢指标。此外，多项研究提示IL-33具有促进脂肪组织产热的作用(小编注：IL-33/ST2信号通路在围产期为脂肪组织的产热功能提供了关键的基础：在围产期，该信号通路的核心任务是确保脂肪细胞能正确合成关键的产热蛋白——解偶联蛋白1（UCP1）（Odegaard et al.,2016）；在正常生理条件下，交感神经兴奋通过诱导IL-33的表达来驱动ILC2/嗜酸性粒细胞轴，并提升产热关键蛋白UCP1的表达水平。（Ding et al.,2016）；Lee等人发现该轴的核心效应细胞ILC2一旦被激活，可直接调控米色脂肪的生物合成，并在整体上通过促进白色脂肪米色化来增加能量消耗、限制肥胖（Lee et al.,2015）；然而，这一保护性机制并非一成不变，Goldberg等人发现，在衰老背景下，IL-33反而会异常扩增出一群功能失调的脂肪ILC2，最终导致产热功能衰竭（Goldberg et al.,2021）。总而言之，IL-33/ST2通路是脂肪产热功能的核心调控者。它在围产期奠定产热基础，在成年期介导冷适应与米色化以对抗肥胖，但在衰老背景下却可能功能反转，导致产热衰竭。)，但其具体分子机制仍存在争议。IL-33介导的解偶联蛋白1（UCP1）表达上调主要见于成年动物白色脂肪组织的米色化过程，而皮下脂肪组织ILC2等ST2⁺免疫细胞是否参与其中仍需进一步验证。

基于此前的研究成果，研究人员在本篇研究中进一步探索慢性鸢尾素处理对饮食诱导肥胖小鼠代谢与免疫指标的影响。本篇研究证实，鸢尾素可通过激活白色脂肪组织中的IL33/ST2信号轴调控肥胖小鼠的脂肪组织炎症并促进产热，且该效应主要由ST2⁺ T_reg介导。鸢尾素激活该通路可在不减少肌肉量的条件下降低脂肪含量，并显著改善饮食诱导肥胖小鼠的葡萄糖耐量与胰岛素抵抗。

敲黑板啦！

1、慢性鸢尾素处理可增加高脂小鼠能量消耗，改善肥胖与葡萄糖稳态

2、鸢尾素促进eWAT间充质基质细胞（mSCs）亚群分泌IL-33

3、鸢尾素上调ST2⁺ T_reg活性，抑制肥胖小鼠eWAT炎症

4、FNDC5缺失可降低IL-33水平并加重糖尿病表型，鸢尾素处理可逆转该效应

5、抑制IL-33可消除鸢尾素对高脂小鼠的代谢保护作用

研究结果

1.慢性鸢尾素处理可增加高脂饮食小鼠的能量消耗，并改善肥胖与葡萄糖稳态

前期研究已证实，急性鸢尾素处理可刺激小鼠白色脂肪组织米色化并改善葡萄糖稳态。然而，鸢尾素改善葡萄糖耐量与胰岛素抵抗的是否完全依赖产热激活，以及其下游细胞信号通路尚待阐明。因此，研究人员探究了慢性鸢尾素处理对饮食诱导肥胖小鼠的作用及机制。

研究人员使用腺相关病毒8型（AAV8）在小鼠肝脏中表达鸢尾素（AAV-irisin）或绿色荧光蛋白（AAV-GFP）。既往研究显示，在病毒注射后4周至6个月以上的时间窗口内，该递送方式可使循环中鸢尾素浓度上调约20倍。为评估鸢尾素在肥胖进展不同阶段的效应，研究人员对4周龄雄性小鼠尾静脉注射AAV病毒，病毒注射5周后开始高脂喂养（HFD）。AAV注射后小鼠循环鸢尾素水平显著升高，且在18周HFD期间保持稳定（扩展数据图1A）。

研究人员在预设的时间点进行代谢与组织学分析以评估鸢尾素在该模型中的作用（图1A）。HFD喂养的两组小鼠均发生肥胖，但在HFD 8周后，AAV-irisin组小鼠体重显著低于AAV-GFP组，而摄食量无显著差异（图1B、C）。通过磁共振成像（MRI）进行身体成分分析表明，AAV-irisin组小鼠的体重降低主要是由于脂肪量的减少，而肌肉量并未减少（图1D）。组织重量结果表明，AAV-irisin导致HFD小鼠白色脂肪显著减少（扩展数据图1B和C）。HFD 18周时，与AAV-GFP组相比，AAV-irisin组小鼠的葡萄糖耐量和胰岛素敏感性均显著改善（图1E、F）。并且以上这些效应与小鼠自主活动量变化无关（扩展数据图1E、F）。然而，在HFD早期（8周）（扩展数据图1G、H）以及普通饲料喂养（NC）晚期（对应HFD 18周时间点）小鼠中（扩展数据图2A-G），AAV-irisin小鼠的体重、葡萄糖耐量及胰岛素抵抗指标与对照组均无显著差异。上述结果表明，循环鸢尾素水平的长期升高可减轻饮食诱导的肥胖及代谢异常。

鸢尾素处理已被证明可促进脂肪组织产热，且鸢尾素水平升高引起的机体能量消耗显著增加提示产热通路被激活（扩展数据图1D）。因此，研究人员对HFD 18周小鼠的棕色脂肪组织（BAT）、腹股沟白色脂肪组织（iWAT）及附睾白色脂肪组织（eWAT）进行了转录组测序（RNA-seq）以分析其基因表达谱。通路分析显示，鸢尾素在iWAT中上调了包括产热在内的少数代谢通路（扩展数据图1K）。该研究团队前期已鉴定出一条不依赖UCP1的产热通路——无效肌酸循环（FCC）。该通路涉及肌酸的反复磷酸化与去磷酸化，主要由线粒体肌酸激酶CKB及肌酸磷酸酶TNAP催化。为验证鸢尾素是否激活脂肪组织FCC产热通路，研究人员检测了18周小鼠不同组织中不同无效循环关键调控因子的表达水平。结果显示，鸢尾素的处理显著上调iWAT中Ucp1、FCC关键基因Ckb和Alpl（编码肌酸磷酸酶TNAP）的表达（扩展数据图1L），而该基因表达变化未在eWAT和BAT中检测到；同时，NC小鼠中也未检测到上述改变（扩展数据图2H-J）。此外，HFD 18周小鼠iWAT中脂解相关基因表达也无显著变化（扩展数据图2K）。

图1.慢性鸢尾素处理可促进高脂饮食小鼠的能量消耗，并改善肥胖与葡萄糖稳态

扩展数据图1.慢性鸢尾素处理可增加高脂饮食小鼠的能量消耗，并改善肥胖与葡萄糖稳态

扩展数据图2.慢性鸢尾素处理对NC喂养小鼠的能量消耗和葡萄糖稳态无明显影响

2.鸢尾素抑制肥胖小鼠eWAT炎症并提高ST2⁺ T_reg存活

为小鼠与人类的肥胖均伴随慢性低度炎症，该炎症不仅损害葡萄糖耐量与胰岛素敏感性，还会抑制脂肪组织产热。为探究鸢尾素的代谢获益是否与免疫调节作用相关，研究人员通过流式细胞术对小鼠的eWAT、iWAT以及BAT中适应性免疫与固有免疫细胞亚群进行分析（扩展数据图3A、B）。

研究人员在第18周时间点对免疫细胞群进行了表征。四组小鼠的eWAT中总免疫细胞（CD45+细胞）和总巨噬细胞（MFs，CD64+细胞）的比例均未发生显著变化（图2A、B）。HFD导致AAV-GFP和AAV-irisin组小鼠eWAT中CD11chi+促炎巨噬细胞的比例均升高（图2B）。NC条件下，AAV-GFP和AAV-irisin组eWAT中总T细胞比例无明显差异，但HFD促使AAV-GFP组eWAT中T细胞数量有增加的趋势，而不影响AAV-irisin组T细胞数量（图2C）。而在两种喂养条件下，与AAV-GFP相比，AAV-irisin组eWAT中CD8+ T细胞的比例均有所下降，而非Treg的CD4+ T细胞比例则无变化（图2C）。与既往报道一致，长期HFD可显著降低eWAT中总Treg数量（Foxp3+CD4+），尤其是ST2⁺ T_reg亚群的比例（图2D）。值得注意的是，鸢尾素处理可逆转HFD介导的Treg及ST2⁺ T_reg数量的减少（图2D），而ST2⁺ T_reg细胞亚群对代谢调控至关重要。

为深入分析，研究人员将eWAT的T细胞流式数据转换为t-SNE图（高维数据降维并可视化），定量区分出10个细胞亚群。结果显示，18周HFD会增加eWAT中活化的CD4⁺常规T细胞和CD8⁺ T细胞的比例，同时减少Treg的比例（尤其是ST2亚型）；活化的γδT细胞（γδ为T细胞受体类型，该细胞为固有免疫细胞）比例也随之下降（扩展数据图3D）。鸢尾素可抑制HFD诱导的CD4⁺和CD8⁺效应T细胞的增多，同时显著增加ST2⁺ T_reg数量，并呈现初始型CD8⁺ T细胞比例升高的趋势（扩展数据图3D）。HFD条件下AAV-GFP与AAV-irisin组小鼠eWAT的免疫细胞景观差异密度图也显示，鸢尾素诱导CD4⁺和CD8⁺ 效应T细胞减少，ST2⁺ T_reg与初始型CD8+ T细胞增多（扩展数据图3E）。综上所述，高脂饮食会诱导eWAT炎症、ST2⁺ T_reg耗竭；而鸢尾素处理能有效抑制促炎免疫细胞、恢复关键的ST2⁺ T_reg细胞群，改善脂肪组织的免疫微环境。

接下来，研究人员评估了鸢尾素的效应在短期HFD模型中是否存在。在AAV-GFP组小鼠中，与NC喂养相比，8周HFD喂养显著促进eWAT中总免疫细胞（CD45⁺ 细胞）水平，而在AAV-irisin组无明显差异（扩展数据图3F）。与第18周结果不同，第8周时鸢尾素可降低HFD诱导累积的总巨噬细胞（MFs）和总T细胞比例，但并未选择性影响促炎性巨噬细胞、CD8⁺  T细胞或非T_reg CD4⁺ T细胞（扩展数据图3G、H）。在第8周时，四组小鼠的总Treg比例相近，仅在NC喂养条件下的AAV-irisin组中，ST2⁺ T_reg亚群出现轻微下降趋势（扩展数据图3I）。

为进行原位观察，研究人员对HFD的AAV-irisin与AAV-GFP组小鼠的eWAT和iWAT中的冠状结构（CLS，反映脂肪组织炎症与脂肪细胞死亡的形态学标志）进行了定量检测。HFD 8周时，AAV-irisin组eWAT中CLS数量显著减少；HFD 18周时，AAV-GFP组eWAT中CLS数量较HFD 8周增多，而AAV-irisin显著抑制了CLS数量（补充图1A）。然而，在iWAT中，无论是HFD 8周还是18周，均未出现鸢尾素显著降低CLS数量的现象（补充图1B）。此外，在HFD 8周或18周时，鸢尾素均未在iWAT或BAT中表现出免疫调节作用（扩展数据图4A-D）。

图2.鸢尾素可抑制肥胖小鼠eWAT的炎症反应，并增强ST2⁺ T_reg细胞的存活

扩展数据图3.鸢尾素可选择性保护肥胖小鼠eWAT中的ST2⁺ T_reg细胞

扩展数据图4.鸢尾素对小鼠iWAT和BAT的炎症反应及ST2⁺ T_reg无明显影响

补充图1.鸢尾素减少eWAT中冠状结构

3.鸢尾素可直接诱导eWAT基质细胞表达IL-33

为明确鸢尾素对eWAT中ST2⁺ T_reg的作用是直接还是间接的，研究人员对12周龄的Foxp3-Thy1.1小鼠（小编注：在表达FOXP3的细胞中表达细胞表面标记蛋白Thy1.1，从而便于筛选FOXP3+细胞，即Treg）eWAT进行流式分选，将得到的总Treg分为两组进行体外培养：一组加入HSP90α联合鸢尾素，对照组加入PBS，结果显示，两组ST2⁺ T_reg亚群的扩增能力无显著差异（图3A），提示鸢尾素对eWAT Treg的调控可能并非直接作用。

已有研究表明，eWAT基质细胞（mSCs）分泌的IL-33是驱动该脂肪组织中ST2⁺ T_reg富集的关键因子。因此，研究人员通过流式细胞分析，检测了小鼠eWAT、iWAT和BAT中mSCs（CD45-CD31-PDGFRα+Sca-1+细胞）的IL-33表达情况（扩展数据图5A）。在HFD 18周时，与AAV-GFP组相比，鸢尾素使小鼠eWAT中产生IL-33的mSCs数量增加约3倍（图3B），而在HFD 8周及NC喂养条件下鸢尾素处理无显著差异（扩展数据图5B）。同时，研究人员检测了在四种实验条件下三类脂肪组织总裂解液中的IL-33浓度。与前期研究结果一致，HFD 18周使eWAT中IL-33浓度升高约2倍；而AAV-irisin组比AAV-GFP组IL-33水平进一步升高（图3C）。在两个时间点下，鸢尾素均未显著影响iWAT或BAT中IL-33+ mSCs数量（扩展数据图5C）。这与鸢尾素组和对照组小鼠在这两类脂肪组织中ST2⁺ Treg数量相近的结果一致（扩展数据图3D-G）。但是，在HFD小鼠中，AAV-irisin显著促进了iWAT中IL-33水平（扩展数据图5D）。同时，HFD 18周时，AAV-irisin促进小鼠血浆IL-33水平显著升高（图3D）。值得注意的是，irisin/IL-33轴选择性作用于eWAT中的ST2⁺ Treg，因为另一类ST2⁺细胞（即ILC2）在两个时间点及任一脂肪组织中均未受到显著影响（扩展数据图5E）。

上述发现引出了两个关键问题：其一，鸢尾素是否直接作用于mSCs以诱导IL-33表达？其二，若是，其机制是促进IL-33+ mSCs增殖，还是诱导IL-33- mSCs从头合成IL-33并可能伴随细胞命运转变？基于上述两个问题，研究人员从IL33-Egfp报告小鼠eWAT中分选出EGFP+或EGFP- mSCs，用鸢尾素联合HSP90α或PBS处理三天，随后检测IL-33阳性细胞数量及IL-33表达水平（图3E）。在分选出的 IL-33+ mSCs细胞中，添加鸢尾素并未增加其细胞数量，但显著提升了IL33转录水平，表现为EGFP平均荧光强度（MFI）增强（图3E）。而在分选出的IL-33- mSCs培养体系中，鸢尾素以剂量依赖性方式同时增加了细胞数量和IL33转录表达水平（图3E）。而在缺乏 HSP90α的情况下，鸢尾素无法诱导eWAT mSCs表达IL33（扩展数据图5F）。这些结果表明，鸢尾素通过依赖于HSP90α的机制，既能直接诱导IL-33- mSCs从头合成IL-33并促进其增殖，也能增强原有IL-33+ mSCs中IL-33的表达水平，但不促进其增殖。

为验证经鸢尾素/HSP90α联合处理的mSCs是否可直接诱导ST2⁺ Treg扩增,研究人员将eWAT Treg分别与以下条件培养基共培养：对照组为PBS处理的IL-33（EGFP)^- mSCs上清+IgG；实验组为鸢尾素/HSP90α联合处理的mSCs上清，分别加IgG或抗IL-33中和抗体（图3F）。结果显示，鸢尾素/HSP90α联合处理的mSCs条件培养基可使eWAT的ST2⁺ Treg数量与比例提升2倍以上（图3F），表明经鸢尾素处理的mSCs可直接调控ST2⁺ T_reg。

研究人员在此前研究中将eWAT中的mSCs划分为两大亚群：IL-33⁺ PPARγ^-免疫调控型细胞和IL-33^- PPARγ⁺成脂分化型细胞。为探究鸢尾素在IL-33-细胞中诱导IL-33表达，是否同时改变其成脂分化潜能，研究人员对经鸢尾素/HSP90α联合处理或PBS处理的IL-33(EGFP)^- mSCs 进行了RNA-seq。与流式结果一致，鸢尾素可使Il33转录水平上调约10倍，同时上调Il6、Fgf23、Ccl2、Ccl7、Cxcl5等免疫调控相关细胞因子和趋化因子的编码基因转录水平。相反，鸢尾素处理下调了许多成脂标志基因，包括Fabp4、Adipoq、Cd36和Pparg（图3G）。这一结果提示，鸢尾素可能引发细胞命运转变，或可发挥更广泛的调控效应。

该研究团队此前已鉴定出整合素αVβ5为骨组织中鸢尾素的主要功能性受体。为探究该整合素在鸢尾素介导IL-33生成中的作用，研究人员首先利用已发表的转录组数据检测VAT基质细胞（VmSCs）中αVβ5编码基因的表达水平。VmSCs 同时表达αV和β5亚基，其中两类IL-33⁺ VmSCs亚型（VmSC1与VmSC2）可高表达β5亚基（扩展数据图6A）。随后，研究人员将流式分选得到的EGFP-VmSCs分组，用鸢尾素联合HSP90α或PBS处理3天，同时使用抗αVβ5中和抗体或同型对照IgG。结果显示，αVβ5抗体可显著阻断鸢尾素诱导的IL-33 mRNA表达上调及IL-33+细胞数量增加，而对照IgG无此效应（扩展数据图6B、C）。同时，αVβ5抗体完全抑制了鸢尾素所激活的整合素下游信号（pFAK/FAK比值）（扩展数据图6D）。这些结果表明，鸢尾素通过结合αVβ5整合素并激活下游信号，从而诱导VmSCs中IL-33的表达与细胞增殖。

图3.鸢尾素可直接诱导eWAT基质细胞表达IL-33

扩展数据图5.鸢尾素可直接诱导eWAT基质细胞表达IL-33，但对iWAT或BAT的基质细胞无诱导作用

扩展数据图6 .鸢尾素通过整合素αVβ5受体诱导脂肪组织表达IL-33

4.鸢尾素通过IL-33调控eWAT中ST2+ Treg富集

接下来，研究人员利用全身FNDC5敲除（Fndc5^-/-）小鼠进行功能缺失与回补实验。流式细胞分析显示，与WT小鼠相比，16周龄的FNDC5敲除小鼠eWAT mSCs总数无差异，但IL-33⁺ mSCs显著减少（图4A）。尽管Fndc5^-/-小鼠的CD4⁺ T细胞总数无差异，但其eWAT中的总T_reg与ST2⁺ T_reg均显著减少，而脾脏中此类细胞数量没有差异（图4B及扩展数据图7A）。

为明确Fndc5^-/-小鼠eWAT中ST2⁺ T_reg细胞减少是否由IL-33表达不足所致，研究人员进行了体内回补实验，对8周龄的Fndc5^-/-和Fndc5^+/+小鼠分别注射重组IL-33或PBS，并进行流式免疫表型分析（图4C）。据报道，8周龄小鼠eWAT中尚未出现ST2⁺ T_reg特征性扩增（约12周龄开始出现），因此选择8周龄小鼠进行回补实验可为IL-33发挥促增殖/促存活作用留出观察窗口。结果表明，给予IL-33治疗会导致Fndc5^-/-和Fndc5^+/+小鼠eWAT中的总CD4+细胞、总Treg及ST2⁺ T_reg数量均显著增加（图4D）。补充IL-33可完全逆转Fndc5缺失导致的ST2⁺ T_reg数量下降，提示IL-33是鸢尾素调控eWAT ST2⁺ T_reg的关键因子。虽然补充IL-33使Fndc5^-/-和Fndc5^+/+小鼠iWAT中的ST2⁺亚群比例具有上升趋势，但IL-33对Fndc5^-/-小鼠iWAT中总T^reg富集无显著影响（扩展数据图7B）。

与IL-33能恢复eWAT中ST2⁺ T_reg的结果一致，无论小鼠是否存在FNDC5缺陷，IL-33处理均能促进小鼠eWAT中ST2⁺常规（Foxp3^-）CD4⁺ T细胞、ILC2s和嗜酸性粒细胞显著升高（扩展数据图7C-E）。但在Fndc5^-/-小鼠的iWAT中，IL-33对上述IL-33响应型细胞的富集无明显作用（扩展数据图7F）。

图4.鸢尾素通过IL-33调控eWAT中ST2⁺ T_reg富集

扩展数据图7.鸢尾素可增强iWAT对IL-33的应答效应

5.FNDC5缺失降低IL-33水平并加重糖尿病表型，慢性鸢尾素处理可逆转该效应

现有研究显示瘦体型的Fndc5^-/-小鼠并未表现出明显的代谢异常。因此，研究人员进一步探究了HFD条件下鸢尾素在Fndc5^-/-小鼠中调控IL-33及其下游效应的作用，对是否表达FNDC5的HFD小鼠进行代谢分析（图5A，扩展数据图7G）。实验结果显示，HFD 17周后，Fndc5^-/-小鼠的体脂显著高于对照组；而通过AAV递送回补鸢尾素可逆转FNDC5缺失导致的脂肪积累（图5B）。此外，HFD 16周时，Fndc5^-/-小鼠表现出葡萄糖耐量下降、胰岛素敏感性降低；而AAV-irisin处理几乎逆转了这一代谢异常（图5C）。皮尔逊相关分析显示，胰岛素耐量试验（ITT）曲线下面积与体重呈负相关（扩展数据图7H）。值得注意的是，Fndc5^-/-小鼠eWAT及血浆中的IL-33水平显著降低，而异位表达鸢尾素可有效恢复其IL-33水平（图5D）。以上结果共同表明，FNDC5的剪切产物鸢尾素可通过促进IL-33生成改善肥胖小鼠的代谢健康，逆转Fndc5基因敲除所造成的缺陷。

图5.FNDC5缺失会降低IL-33水平并加重糖尿病表型，而慢性鸢尾素处理可逆转该效应

6.抑制IL-33可消除鸢尾素对HFD小鼠的代谢保护作用

为验证鸢尾素的作用是否依赖IL-33信号轴，研究人员使用IL-33陷阱蛋白（IL-33trap）抑制IL-33功能（图6A）。IL-33trap是一种基于重组可溶性ST2（sST2）构建的融合蛋白，其可在体内外结合IL-33，并抑制IL-33介导的炎症反应。IL-33trap由HEK293细胞表达纯化，并经无内毒素处理（扩展数据图8A、B）。随后，研究人员对HFD条件下AAV-Irisin或AAV-GFP小鼠进行慢性IL-33trap处理（图6A、扩展数据图 8C）。

研究人员通过检测eWAT中对IL-33响应性免疫细胞群以评估IL-33trap效果。流式细胞分析显示，IL-33trap可完全逆转鸢尾素诱导的eWAT中ST2⁺ T_reg的特征性扩增（图6B），以及其他免疫细胞群的减少（图6C）。值得注意的是，尽管总髓系基质细胞数量无显著变化，但鸢尾素诱导的IL-33⁺ mSCs增多效应可被IL-33trap完全抑制（图6D）。这一结果提示，IL-33⁺ mSCs的扩增依赖于局部具有活性的IL-33，并形成正反馈环路。综上所述，慢性IL-33trap处理可抑制eWAT中IL-33⁺ mSCs与ST2⁺ T_reg富集。

接下来，研究人员探究了抑制IL-33对鸢尾素全身代谢效应的影响。结果显示，在不改变瘦体重的前提下，IL-33trap处理逆转了鸢尾素介导的体脂与总体重下降（图6E、扩展数据图8D）。同样，在HFD 17周的小鼠中，鸢尾素介导的葡萄糖耐量改善与胰岛素敏感性提高可被IL-33trap消除（图6F）。在PBS对照小鼠中，AAV-irisin处理后表现出能量消耗增加及iWAT中产热标志基因表达上调，而IL-33trap可阻断上述效应（图6G、H）。IL-33trap处理对小鼠的摄食量与活动度均无显著影响（扩展数据图8E-G）。此外，在AAV-GFP小鼠中，IL-33trap并未改变eWAT中IL-33⁺ mSCs的比例，但降低了ST2⁺ T_reg的富集（图6B、D）。同样，IL-33trap介导的代谢效应变化与IL-33⁺ mSCs的变化趋势一致：AAV-GFP小鼠中IL-33trap处理未进一步加剧代谢异常（图6E-H）。AAV-irisin处理组小鼠的体重及iWAT重量下降效应在IL-33trap处理后基本消失（扩展数据图8H-J）。

图6.抑制IL-33可消除鸢尾素对HFD小鼠的代谢保护作用

图6.抑制IL-33可消除鸢尾素对HFD小鼠的代谢保护作用

7. 鸢尾素主要通过ST2⁺ T_reg改善代谢健康

先前研究表明，全身性敲除IL-33会显著减少eWAT中的T_reg亚群，而对淋巴器官中的Treg基本无影响。中和IL-33可选择性抑制鸢尾素诱导的肥胖小鼠eWAT中ST2⁺ T_reg聚集，而不影响其他ST2⁺细胞类型，提示Treg可能通过介导鸢尾素/IL-33轴发挥作用。为验证这一假说，研究人员构建了Treg细胞特异性敲除IL1RL1（编码ST2的基因）的小鼠（Il1rl1^Δtreg小鼠），并检测其在HFD条件下的免疫学与代谢表型（图7A，扩展数据图8K）。流式细胞分析证实，Il1rl1^Δtreg小鼠几乎完全缺失eWAT中的ST2⁺ T_reg（图7B）。在WT小鼠中，鸢尾素对eWAT内免疫细胞（尤其是CD11c^hi巨噬细胞与CD8⁺ T细胞）聚集具有抑制作用，而在Il1rl1^Δtreg小鼠中，鸢尾素的这一抑制效应显著减弱（图7C）。此外，Il1rl1^Δtreg小鼠也出现了鸢尾素诱导的IL-33+ mSCs增多现象，与Il1rl1^wt小鼠幅度相近（图7D），说明鸢尾素诱导的IL-33⁺ mSCs增多与ST2⁺ T_reg无关。此外，ST2⁺ T_reg的缺失部分逆转了鸢尾素介导的代谢获益。在WT小鼠中，鸢尾素可显著改善胰岛素敏感性与葡萄糖耐量，而在Il1rl1^Δtreg小鼠中该效应大幅减弱（图7E）。与Il1rl1^wt小鼠中鸢尾素对产热基因的促进作用相比，在Il1rl1^Δtreg小鼠中，鸢尾素对小鼠iWAT中Ucp1及FCC相关基因的促进作用进一步增强（图7F）。无论在Il1rl1^Δtreg 还是Il1rl1^wt小鼠中，鸢尾素均不影响eWAT中产热基因表达，但Il1rl1^Δtreg会导致小鼠eWAT中一些成脂基因（Fabp4、Adipoq、 Leptin）的表达上调（扩展数据图8L）。

图7.鸢尾素通过ST2⁺ T_reg改善代谢健康

8.鸢尾素对肥胖的治疗效应

为评估鸢尾素在肥胖治疗场景下的作用，研究人员对6周龄雄性小鼠进行HFD，持续14周后，注射AAV-irisin或AAV-GFP，并于注射10周后进行检测分析（扩展数据图9A，扩展数据图9B）。两组小鼠在体重、体脂、葡萄糖耐量、胰岛素敏感性、能量消耗、iWAT 中产热基因表达以及eWAT免疫细胞谱等方面均无显著差异（扩展数据图9C-O）。可能是由于该实验方案中鸢尾素未能诱导eWAT中总T_reg或ST2⁺ T_reg细胞群扩增，因而未能产生代谢获益。研究人员分析T_reg未出现扩增潜在原因为：在鸢尾素给药时，可被诱导扩增的ST2⁺ T_reg数量极少：HFD早期，eWAT中Treg自身水平极低，且长期HFD且缺乏鸢尾素干预也会进一步导致其数量不足。

扩展数据图9.鸢尾素对肥胖小鼠的治疗效应

9.IL-33/ST2轴在鸢尾素调控iWAT效应中的作用

研究人员在iWAT中观察到IL-33水平升高，但总T_reg或ST2⁺ T_reg比例并未改变（扩展数据图3E），因此可利用iWAT原代培养体系探究IL-33在鸢尾素介导产热中的作用。从4周龄雄性小鼠的iWAT中分离基质血管组分（SVF），在诱导脂肪细胞分化前，或在分化前后全程给予鸢尾素/HSP90α处理，并在最后一天加入去甲肾上腺素（NE，强效诱导产热的激素）处理4小时（扩展数据图10A）。结果显示：与PBS组相比，鸢尾素显著上调IL-33 mRNA水平；其中持续鸢尾素处理的上调效果更为显著，且无法被NE进一步诱导。在3T3-L1脂肪细胞分化过程中，ST2位于细胞膜外表面，其mRNA水平在分化诱导后第2天达到峰值，蛋白则在成熟脂肪细胞中持续累积。接下来，在多批iWAT原代培养细胞中均检测了Il1rl1、Il33转录本水平，以及不同产热通路标志基因（Ucp1、Alpl）的表达，结果发现Il1rl1 mRNA水平与IL-33、TNAP mRNA水平呈正相关，而与UCP1 mRNA水平呈负相关（扩展数据图10B）。此外，低剂量重组IL-33（1ng/ml）可在分化成熟的iWAT培养细胞中显著诱导Alpl表达（扩展数据图10C）。基于以上实验结果，研究人员提出了鸢尾素在iWAT中可能通过IL-33/ST2轴发挥作用的分子机制模型（图8）。

图8.鸢尾素在脂肪组织中发挥作用的机制模型

扩展数据图10.鸢尾素通过IL-33在iWAT中发挥作用

总结

本研究证实，鸢尾素可通过促进白色脂肪组织中IL-33的生成、维持ST2⁺ T_reg数量来调控脂肪组织炎症。对HFD的雄性小鼠进行慢性鸢尾素处理，能够维持内脏脂肪组织中ST2⁺ T_reg水平，该重要免疫调控亚群通常在长期HFD后显著减少。这种保护作用源于鸢尾素提升了内脏脂肪组织中分泌IL-33的间充质基质细胞数量及IL-33水平。鸢尾素介导的内脏脂肪IL-33水平改变，还以IL-33依赖的方式上调皮下脂肪组织的产热基因表达。上述组织间对话解释了鸢尾素在不影响摄食与肌肉量的前提下，改善全身能量代谢与胰岛素敏感性的机制。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s42255-026-01491-2