肥胖是一種全球性的流行病，會導致糖尿病、心血管疾病、脂肪性肝等多種代謝并發癥。白色脂肪組織的慢性炎癥是肥胖和相關代謝綜合征之間的關鍵環節。TRPM7與炎癥有關，但其在肥胖脂肪細胞表型和功能中的作用尚不清楚。2023年1月30日，中山大學附屬第六醫院高旻、黎小妍團隊在Nature Communications IF=17.694 發表了題為：Adipose-specific deletion of the cation channel TRPM7 inhibits TAK1 kinase-dependent inflammation and obesity in male mice 的研究論文，發現脂肪細胞TRPM7的激活在促炎反應中起著重要作用，TRPM7引發的Ca2+內流通過CaMKII和TRAF6的共同調節增強了TAK1激活，增強了NF-κB信號通路，導致促炎表型和高脂飲食小鼠的體重增加。
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實驗動物
TRPM7fl/fl雄性成年小鼠
TRPM7敲除雄性成年小鼠（ATKO）
病毒產品
AAV8-TAK1；AAV8-Vec；
AAV8-Adipoq-Cre
注射總量
每次5μL，共8次
（1×10E13 viral genome copies）
注射部位
附睪脂肪組織
01? ?結果展示
1.?脂肪細胞特異性TRPM7缺乏可減輕HDF引起的肥胖
作者發現與對照組相比，HFD誘導eWAT（內臟附睪白色脂肪組織）和iWAT（腹股溝皮下白色脂肪組織）中TRPM7?mRNA和蛋白質水平顯著升高，為了評估脂肪細胞特異性TRPM7的作用，作者將TRPM7fl/fl小鼠與Adipoq-Cre小鼠雜交，生成脂肪特異性TRPM7敲除小鼠(ATKO)，16周后, 喂食高熱量食物的ATKO小鼠體重增加較少，而且比對照組更瘦，顯微圖像顯示，ATKO小鼠脂肪組織脂肪質量急劇下降，同時甘油三酯(TG)和游離脂肪酸(FFA)顯著下調。ATKO小鼠的耗氧量、二氧化碳產量和能量消耗率增加，此外，ATKO小鼠體重減輕與食物攝入量的變化無關，這表明脂肪細胞特異性TRPM7敲除小鼠對飲食誘導的肥胖的抵抗歸因于更高的分解代謝率。
圖1.?TRPM7缺乏可減輕HDF引起的肥胖
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2.?TRPM7敲除減輕高熱量飲食引起的脂肪炎癥
RNA-seq結果發現，HFD喂養ATKO小鼠炎癥相關基因（MCP-1、IL6、IL1β、IL18、TNF-α）下調。由于由HFD激活的IKKβ/NF-κB信號通路是炎癥基因誘導所必需的，作者檢測了HFD喂養的ATKO小鼠中該通路的完整性，TRPM7的敲除顯著降低TNF-α激活的IKKβ和NF-κB p65的磷酸化以及IκBα的降解。
肥胖可將脂肪組織免疫細胞從抗炎狀態調節為促炎狀態。為了確保實驗結果不受TRPM7敲除小鼠體重減輕的影響，作者在不影響全身體重的條件下利用AAV對脂肪細胞TRPM7進行了急性刪除。注射AAV后4周，處死小鼠并進行組織分析發現TRPM7 mRNA的表達水平在分離的脂肪細胞中顯著降低，且實驗組和對照組體重水平無變化。與對照組相比，脂肪細胞TRPM7的急性缺失導致eWAT中巨噬細胞浸潤減少，炎癥標記基因表達降低和NF-κB信號活性降低。表明，脂肪細胞特異性TRPM7缺失減少了脂肪組織中促炎細胞因子的分泌，抑制了促炎巨噬細胞的浸潤，導致炎癥反應減弱。
圖2.?TRPM7缺乏可減輕脂肪炎癥,但與體重減輕無關
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3.?TRPM7介導的脂肪細胞炎癥依賴于TAK1的激活
作者發現，TRPM7通過Ca2+信號調控NF-κB信號通路。TAK1是NF-κB信號轉導的重要上游因子，可誘導NF-κB活化。HFD顯著增加了TAK1 Thr 187的磷酸化，TRPM7的缺乏消除了HFD促進TAK1在eWAT中的激活。作者探索了TRPM7介導的Ca2+信號與TAK1激活之間的潛在聯系。CaMKII（鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶II）由Ca2+流入激活，是TAK1的上游因子，能直接結合并磷酸化TAK1，CaMKII過表達逆轉了TNF-α治療時TRPM7敲除對TAK1抑制。同時CaMKII抑制劑KN93抑制了TNF-α誘導的TAK1磷酸化，但與TRPM7的抑制相比，抑制水平是不完全的，CaMKII直接但部分地促進了TRPM7依賴的TAK1磷酸化，表明除了CaMKII激活外，TAK1的激活還涉及其他機制。
圖3.?TRPM7通過激活TAK1促進NF-κB信號，部分依賴于CaMKII
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4.?TRPM7激活TAK1磷酸化需要CaMKII和TRAF6
研究表明，HFD通過TAK1多泛素化和隨后的磷酸化導致TAK1過度激活。在TNF-α刺激培養的原代脂肪細胞中，TRPM7消耗可以減少TAK1的泛素化。為了研究泛素化修飾的作用，作者篩選了幾種已報道的影響TAK1泛素化E3連接酶，發現TRPM7過表達后，只有TRAF6介導的TAK1泛素化顯著增強，TRAF6的沉默顯著降低了TAK1的泛素化，進一步研究表明，TRAF6通過K63激活TAK1?；虺聊瑢嶒灠l現CaMKII或TRAF6基因的單獨沉默只導致脂肪細胞胰島素敏感性的部分改善，而這兩個基因的共同沉默強烈地恢復了胰島素信號轉導。這些觀察結果表明，CaMKII和TRAF6的作用不同，但共同促進TRPM7介導的TAK1激活和脂肪細胞炎癥。
圖4.?TRPM7激活TAK1磷酸化需要CaMKII和TRAF6
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5.?HFD條件下過表達TAK1可以促進脂肪炎癥
為了研究TAK1在體內對TRPM7介導的脂肪炎癥的影響，作者使用AAV在eWAT中持續表達全長TAK1。16周的HFD后，實驗組和對照組ATKO小鼠的體重沒有差異，表明HFD喂養下，局部增加TAK1表達可能不足以挽救ATKO小鼠全身葡萄糖穩態障礙?；虮磉_分析發現，脂肪組織促炎標志物(MCP-1, IL6, and IL1β)在ATKO小鼠中因TAK1過表達而顯著增加，并伴有NF-κβ級聯激活的恢復。
圖5.?TAK1過表達增強TRPM7敲除小鼠的脂肪炎癥
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02? ?實驗結論
研究揭示了脂肪細胞TRPM7在調節脂肪炎癥和全身代謝中的作用。脂肪特異性去除TRPM7可顯著減弱脂肪炎癥，從而改善脂肪功能、胰島素敏感性和葡萄糖耐量。此外，TRPM7依賴的Ca2+信號通過TAK1激活促進脂肪細胞炎癥，CaMKII與TRAF6聯合作用影響TAK1激活，導致NF-κB激活和炎癥反應。這些見解為更好地理解脂肪炎癥和TRPM7如何調節肥胖中的葡萄糖穩態開辟了一條研究路線。