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邓沱团队发现脂肪细胞中TET2和瘦素形成负反馈环路调控体重

发布时间：2024-04-16    浏览次数：


瘦素 （Leptin） 是一种主要作用于下丘脑区域神经元抑制食欲和增加能量消耗的脂肪因子。肥胖引起脂肪细胞瘦素表达上调，同时诱导机体瘦素抵抗。如何克服肥胖诱导的瘦素抵抗是肥胖研究中的难点和重大挑战。洛克菲勒大学的Jeffrey Friedman教授和美国西南医学中心的Philipp Scherer教授等人的系列研究发现高瘦素血症是瘦素抵抗的关键机制 【1, 2】 。在高脂饮食诱导的肥胖小鼠中，通过多种方法部分降低瘦素水平可以提高瘦素敏感性并减肥 【2, 3】 。这些研究提示靶向瘦素基因的表达有望克服肥胖诱导的瘦素抵抗，为肥胖的治疗带来新希望。如何降低瘦素水平成为肥胖研究中的前沿热点问题。
近日，中南大学湘雅二医院邓沱教授团队在Nature Communications发表了题为 A negative feedback loop between TET2 and leptin in adipocyte regulates body weight 的研究论文。该研究发现在脂肪细胞中， 瘦素通过JAK2/STAT3信号途径抑制TET2的表达；而TET2则通过与转录因子C/EBPα相互作用降低瘦素启动子的甲基化水平，从而促进瘦素基因表达 。该研究揭示了脂肪细胞中TET2和瘦素之间的负反馈环路，证实该环路是机体对抗肥胖所产生的一种代偿机制，在调控机体能量代谢中发挥着重要作用。同时，提出了一种通过抑制脂肪细胞中TET2和C/EBPα之间的相互作用的方法来开发用于减重的策略。

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近年来，越来越多的研究发现表观遗传可能参与肥胖的发生与发展。DNA 甲基化是最重要的表观遗传调控修饰方式之一，通常发生在基因组CpG二核苷酸的胞嘧啶第5位碳原子         （5-C）         上，在DNA甲基转移酶的催化下，将S-腺苷甲硫氨酸上的甲基转移到5-C上形成5-甲基胞嘧啶         （5-methylcytosine，5-mC）         。基因启动子区域的DNA高甲基化阻碍转录因子的结合，从而抑制基因的表达。此外，基因的DNA甲基化水平还同时受DNA去甲基化酶TET         （Ten-eleven translocation，包括TET1、TET2、TET3）         的调控。TET使用氧分子作为底物催化α-酮戊二酸氧化脱羧，将5-mC转化为5-羟甲基胞嘧啶         （5-hydroxymethylcytosine，5-hmC）         。三种 TET酶都能够介导DNA去甲基化并促进基因表达[4]。尽管有研究显示脂肪组织DNA甲基化水平与肥胖存在着显著关联性，但是脂肪细胞DNA甲基化与肥胖之间的关系仍不清楚。  
首先，研究团队利用斑点杂交实验发现相比于瘦小鼠，肥胖小鼠脂肪细胞中5-hmC         （代表DNA羟甲基化）         水平显著下降，而 5-mC         （代表DNA甲基化）         水平没有变化。与之相一致，DNA去甲基化酶TET2的mRNA和蛋白水平也在肥胖小鼠的脂肪细胞中显著降低，这提示TET2水平的下降是导致肥胖小鼠脂肪细胞去甲基化水平降低的关键因素。  
为了进一步探究肥胖引起脂肪细胞TET2水平下降的原因，研究团队使用了多种炎症因子在体外刺激诱导分化的原代小鼠脂肪细胞，发现只有瘦素能够显著抑制TET2水平。而瘦素缺乏         （ob/ob）         小鼠脂肪细胞中的TET2水平明显升高。这些结果说明肥胖引起脂肪细胞的TET2和去甲基化水平降低由高瘦素血症介导。鉴于瘦素通过JAK2/STAT3信号通路发挥调节作用，因此研究团队利用siRNA敲除技术和抑制剂处理的方法，证实瘦素调控脂肪细胞TET2表达水平的作用确实是通过JAK2/STAT3途径实现。  
为了明确脂肪细胞TET2的功能，研究团队检测了Tet2基因全敲         （Tet2−/−）         和脂肪细胞特异性Tet2基因敲除         （AKO）         小鼠的代谢表型。在正常饮食条件下，Tet2−/−和AKO小鼠均未表现出任何代谢表型。而在高脂饮食条件下，Tet2−/−和AKO小鼠中肥胖相关表型         （包括体重、体脂、脂肪组织体重比、脂肪细胞大小、肝脏脂质沉积、胰岛素敏感性和葡萄糖耐量）         均较对照小鼠有明显改善；同时这些小鼠摄食较低而氧气和能量消耗较高。这些结果表明脂肪细胞中的 TET2 可以通过调控摄食和能量消耗而控制体重。  
瘦素是目前唯一一种既能增加能量消耗又能减少食物摄入的脂肪因子。因此，研究团队检测了AKO小鼠和对照         （AWT）         小鼠的脂肪细胞和血浆瘦素水平，结果发现与AWT相比，AKO小鼠的脂肪细胞和血浆瘦素水平均明显降低。Philipp Scherer教授团队提出高瘦素血症是瘦素抵抗的源头机制，并证实降低瘦素水平可以提高肥胖小鼠瘦素敏感性而具有减肥作用【2】。研究团队检测了两组小鼠下丘脑中的STAT3磷酸化         （p-STAT3）         水平         （代表瘦素敏感性）         。结果显示无论是在注射生理盐水还是瘦素后，AKO小鼠下丘脑中p-STAT3水平都显著高于AWT小鼠，提示AKO小鼠的瘦素敏感性更高。接下来研究团队设计了两个实验探究Tet2 缺失导致的减肥及改善代谢作用是否由瘦素水平降低所致。实验1是在瘦素基因缺失         （ob/ob）         的背景下，比较Tet2−/−和WT小鼠的代谢表型是否仍有差异。实验2是给予AKO小鼠长期慢性补充瘦素，使其血浆瘦素水平与对照AWT小鼠保持一致，然后观察其代谢表型的变化。结果显示，无论是在实验1还是实验2中，Tet2 缺失导致的减肥及改善代谢作用均消失。以上结果证实, 脂肪细胞Tet2敲除通过降低瘦素水平提高了瘦素敏感性，从而减肥。  
为了探究脂肪细胞中TET2调控瘦素基因表达的机制，研究团队在脂肪细胞中进行了TET2蛋白的ChIP-seq分析，结果发现TET2能够结合在瘦素基因启动子上，并且使用ChIP-qPCR的方法进行了证实。有趣的是，TET2缺乏CXXC锌指结构域，因此TET2不能直接结合在DNA上【5】。TET2通常通过与转录因子直接结合而间接结合在靶基因的启动子上，从而促进靶基因的DNA去甲基化和转录表达。结合测序结果和siRNA敲除、Co-IP、ChIP-reChIP等技术方法，研究团队证实C/EBPα是帮助TET2结合于瘦素启动子的关键转录因子。这些结果表明在脂肪细胞中TET2通过与C/EBPα相互作用上调瘦素基因表达。  
为了观察人体脂肪细胞中 TET2与瘦素的关系，研究团队对非肥胖         （BMI＜30 kg/m2）         和肥胖         （BMI≥30 kg/m2）         志愿者的皮下脂肪组织进行检测分析，结果显示TET2的基因表达水平不仅与瘦素基因表达水平呈负相关，也与BMI呈负相关。利用研究团队前期发表的人脂肪细胞microarray         （GSE44000）         【6】         数据进行分析，结果同样显示人皮下脂肪细胞中TET2的基因表达水平与瘦素基因表达水平和BMI都呈负相关。此外，在人皮下成熟脂肪细胞中，TET2抑制剂Bobcat339显著抑制瘦素的表达水平。这些结果提示人脂肪细胞中同样存在着TET2与瘦素的负反馈环路。  

综上，         本研究揭示了TET2在脂肪细胞中的新功能，鉴定了瘦素是TET2在脂肪细胞中的靶基因，为瘦素基因表达调控机制提供全新视角，同时为肥胖治疗提供了新靶点。 
中南大学湘雅二医院国家代谢性疾病临床医学研究中心邓沱教授为本论文的通讯作者。中南大学湘雅二医院国家代谢性疾病临床医学研究中心博士后曾琴和博士生宋建峰为本文共同第一作者。该研究得到中南大学湘雅二医院肝胆胰科刘威教授、皮肤科吴海竞研究员和中南大学湘雅二医院国家代谢性疾病临床医学研究中心谢志国副研究员的大力支持和协助。  











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