編者按
肥胖是由體內脂肪積聚過多而致，并由脂肪細胞的數量和大小決定。脂肪細胞主要分為兩類：負責儲藏能量的白色脂肪細胞和負責產熱的棕色脂肪細胞（棕色脂肪細胞又分為典型棕色脂肪細胞和米色脂肪細胞）。通過激活棕色脂肪細胞產熱，提高機體能耗，已成為治療肥胖及代謝相關疾病的研究熱點。
組蛋白去乙?；?span lang="EN-US">(HDACs)可以從組蛋白或非組蛋白底物中去除乙?；鶊F，廣泛參與了多種生物過程，其中就包括參與棕色和米色脂肪生理功能的調控。但HDACs調節脂肪細胞產熱的機制尚不明確。
2021年6月，復旦大學代謝分子醫學教育部重點實驗室PI、基礎醫學院生物化學與分子生物學系潘東寧研究員課題組在Advanced Science (IF 15.804) 雜志上在線發表題為“PWWP2B Fine-Tunes Adipose Thermogenesis by Stabilizing HDACs in a NuRD Subcomplex”的研究成果，該研究利用蛋白質組學技術探究了組蛋白去乙?；刚{節脂肪細胞產熱的分子機制。中科新生命提供了蛋白組學技術支持。
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【研究材料】
小鼠、脂肪組織和脂肪細胞
【技術方法】
蛋白質組學、免疫共沉淀、QPCR、免疫熒光染色、染色質免疫共沉淀等
【方法流程】
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研究結果
1. PWWP2B蛋白在棕色和米色脂肪組織中富集
研究發現PWWP2B與核小體結合，將相關的染色質修飾酶招募到目標位點。研究人員利用轉錄組、QPCR和WB實驗，首次揭示PWWP2B在小鼠脂肪中的表達分布。PWWP2B在棕色脂肪組織（BAT）的水平顯著高于米色脂肪組織（WAT），包括附睪WAT(eWAT)和腹股溝WAT（eWAT）。PWWP2B表達水平隨著棕色脂肪細胞分化遞增(圖1a和1b)，冷誘導和激動劑Cl316243(一種有效的脂肪細胞脂解刺激劑，可增加棕色脂肪組織的生熱作用和代謝率)處理均提高PWWP2B水平 (圖1c-1f)。綜上，PWWP2B在脂肪組織中富集且受條件誘導表達。
PWWP2B蛋白在脂肪組織中的表達
2. PWWP2B缺失可增強適應性產熱和白色脂肪褐變
為研究PWWP2B在脂肪組織中的功能，作者構建了PWWP2B基因敲除小鼠模型 (Ad-KO)，發現Ad-KO小鼠分離的BAT和BAT細胞中PWWP2B蛋白減少(圖2a)，產熱標志蛋白Ucp1、Cidea、Prdm16、Cox8b和Pgc1α顯著上調(圖2b-2d)，Ad-KO小鼠背部表面溫度升高(圖2e，2f)。激動劑Cl316243處理的Ad-KO小鼠 iWAT和eWAT脂肪細胞表達更多的褐化蛋白UCP1(圖2g-2i)，氧耗率也更高(圖2j)。綜上，PWWP2B在脂肪組織中增強適應性產熱，調控白色脂肪褐變。
PWWP2B敲除增強適應性產熱
3. PWWP2B缺失改善飲食誘導的肥胖
為了研究脂肪組織中PWWP2B缺失是否會改變全身的能量消耗，研究人員用高脂飲食(HFD)誘導Ad-KO小鼠，發現Ad-KO小鼠的體重增加的更慢，原因是脂肪含量減少(圖3a，3b)，Ad-KO小鼠產熱量和夜間耗氧量增加，呼吸交換率降低 (圖3c-3f)，且改善了葡萄糖耐量和胰島素敏感性(圖3g，3h)。Ad-KO小鼠的BAT和iWAT中的脂滴大小顯著減小，肝臟中的空泡也較少(圖3i，3j)。Ad-KO小鼠的BAT中Ucp1蛋白和mRNA水平增加(圖3k，3l)。胰島素信號在脂肪組織和肝臟中得到改善 (圖3m，3n)，冷誘導Ad-KO小鼠有較高的核心溫度(圖3o)。綜上，PWWP2B在棕色和米色脂肪細胞中都是負調控因子。
高脂飲食對Ad-KO小鼠的影響
4. PWWP2B抑制產熱程序是脂肪細胞自主的
為了探討PWWP2B對產熱過程的抑制作用是否是細胞自主的，研究人員構建了PWWP2B敲除的永生化棕色前體脂肪細胞模型，并利用Western blot證實構建的準確性 (圖4a)。PWWP2B敲除細胞中產熱基因Ucp1, Prdm16, Pgc1α和Cox8b的表達水平顯著增加(圖4b-4d)，與Ad-KO小鼠中產熱基因變化一致（圖4e，4f）。為了補充PWWP2B的功能，研究人員又在成熟的棕色脂肪細胞進行了重復實驗，也得到相同的結果（圖4g-4j）。綜上，PWWP2B是脂肪細胞產熱的分子制動器，避免過度活躍產熱和適當維持能量穩態。
PWWP2B自主抑制產熱
5. PWWP2B穩定NURD復合體中的HDAC1
為了闡明PWWP2B缺失能夠激活脂肪細胞產熱的機制，研究人員利用免疫沉淀和LC-MS/MS等技術，證實PWWP2B蛋白存在于棕色脂肪細胞核及產熱基因Ucp1, Pgc1α和 Cox8b的啟動子區域(圖5b)，且PWWP2B和HDAC1/2/3互作(圖5c,5d)。在成熟的棕色脂肪細胞中過表達PWWP2B增加HDAC1的蛋白水平，而在原代米色脂肪細胞中PWWP2B缺失顯著降低了HDAC1蛋白的表達 (圖5e-5g)。泛素化實驗表明PWWP2B通過降低HDAC1泛素化水平來穩定HDAC1(圖5h，5i)。綜上，PWWP2B通過與產熱基因的啟動子結合發揮調節作用，同時提高HDAC1蛋白的穩定性。
PWWP2B穩定HDAC1
6. PWWP2B調節Ucp1啟動子上組蛋白乙?；?/span>
為了證明PWWP2B調控產熱基因是否與HDAC有關，研究人員發現HDAC1的化學抑制劑消除了PWWP2B對Ucp1和Cox8b表達的抑制作用(圖6a，6b)，也減少HDAC1與Ucp1和PGC1α的結合 (圖6c)。PWWP2B敲除細胞中，Ucp1啟動子上的乙?；?span lang="EN-US">H3K27和H4水平增加(圖6d，6e)，HDAC1對Ucp1表達的抑制作用降低(圖6g)。PWWP2B敲除小鼠中，Ucp1啟動子區H4乙?；缴?span lang="EN-US">(圖6f)。綜上，PWWP2B和HDAC1在產熱脂肪細胞中的功能是相互聯系和相互依賴的。
PWWP2B抑制產熱基因表達需要HDAC1
7. PWWP2B調節脂肪細胞產熱的模型建立
PWWP2B在NuRD亞復合體中聯合并穩定HDAC1/2，以促進產熱基因啟動子上的脫乙酰化，作為抑制過度活躍產熱的分子制動器。在沒有PWWP2B的情況下，較少的HDAC1/2粘附在啟動子上，微妙地激活脂肪細胞中的產熱程序。
PWWP2B調節脂肪細胞產熱的模型
小結
本研究構建PWWP2B基因敲除小鼠和細胞模型，揭示了PWWP2B在棕色/米色脂肪組織中通過招募并穩定組蛋白去乙酰化酶HDAC1/2，負向調控脂肪組織產熱的分子機制。盡管PWWP2B被證實對脂肪組織產熱功能實施負調控作用，但PWWP2B在棕色脂肪組織中表達水平顯著高于白色脂肪組織，且寒冷刺激和交感神經興奮可以進一步誘導PWWP2B的表達，表明PWWP2B是棕色脂肪細胞內在的產熱反應制動裝置，可有效避免棕色和米色脂肪細胞產熱功能的過度激活。本研究為以組蛋白去乙?；笍秃衔餅榘悬c，治療肥胖、糖尿病等代謝性疾病提供新的思路。
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