今天你運動了嗎？近期“劉畊宏毽子操”刷爆朋友圈，大家都成為了“劉畊宏女孩”，跟著一起抬腳！拍腳！側(cè)邊的肥肉咔咔掉！但是每天堅持實在是非常艱難，節(jié)食減肥又不健康，難道就沒有更好的減肥方法嗎？近期，Cell Death & Differentiation（IF=15.82）雜志在線發(fā)表了西安交通大學張燕團隊題為“Targeting adipocytic discoidin domain receptor 2 impedes fat gain while increasing bone mass”的文章，表明Ddr2通過調(diào)節(jié)Adcy5-cAMP-PKA途徑調(diào)節(jié)脂肪細胞脂解和骨量。
發(fā)表期刊：Cell Death & Differentiation
發(fā)表時間：2022.4
影響因子：15.82
合作單位：西安交通大學
百趣提供服務(wù)：游離脂肪酸
研究背景
肥胖是全球面臨的最重要健康問題之一，與高血壓、冠心病、2型糖尿病和低骨量疾病等慢性疾病密切相關(guān)。許多肥胖患者有骨質(zhì)疏松的癥狀，包括骨量減少、微結(jié)構(gòu)改變和骨脆性增加。骨質(zhì)疏松癥會導致骨折風險增加，并極大地影響患者的生活質(zhì)量。因此，尋找一個既能調(diào)節(jié)脂肪代謝又能調(diào)節(jié)骨量的靶點非常重要。越來越多的證據(jù)表明Ddr2與骨骼和脂肪生理學有關(guān)，然而詳細的機制還不清楚。
研究結(jié)果
1.Ddr2條件性敲除小鼠（Ddr2Adipo）的代謝表型
Ddr2Adipo小鼠和野生型（WT）對照組在3個月齡和8個月齡時體型、體重、長度、體脂率、脂肪重量、肝臟均未發(fā)現(xiàn)顯著變化（圖1A-F）。用高脂飲食（HFD）喂養(yǎng)24周后，Ddr2Adipo小鼠體脂率、脂肪/瘦肉比、內(nèi)臟脂肪重量、脂肪細胞體積顯著降低（圖1H-L），血清甘油三酯水平降低，而游離脂肪酸保持不變（圖1N-O）。表明Ddr2Adipo小鼠免受 HFD誘導的脂肪增加。
2.Ddr2Adipo小鼠的骨量和骨強度增加
為了了解Ddr2缺失是否對骨骼有影響，對股骨進行分析發(fā)現(xiàn)，與WT對照組相比，Ddr2Adipo小鼠的骨量顯著增加（圖2A）。骨量增加通常會放大整個骨骼的力學性能，因此進行了三點彎曲試驗以確定骨強度，發(fā)現(xiàn)12周齡Ddr2Adipo小鼠的股骨明顯變硬、屈服力增強、股骨極限力顯著增加（圖2E-G），表明Ddr2Adipo小鼠的骨量和力學性能明顯受到誘導。
3.Ddr2Adipo小鼠的骨形成受到刺激
通過蘇木精和伊紅染色圖像分析，發(fā)現(xiàn)Ddr2Adipo小鼠中的立方形成骨細胞比WT對照組中更多（圖3A）。通過組織形態(tài)計量學分析，發(fā)現(xiàn)當小梁表面表達時，Ddr2Adipo小鼠的小梁骨形成加速（圖3B）。5-溴脫氧尿苷摻入試驗表明，Ddr2耗竭后，成骨細胞的增殖沒有受到影響（圖3D）。此外，在Ddr2Adipo小鼠的骨組織和原代顱骨細胞中，成骨標記物的mRNA水平顯著增加（圖3E-F）。進一步表明，受刺激的成骨細胞活性有助于Ddr2Adipo小鼠的骨硬化表型。
4.Ddr2Adipo小鼠的骨吸收被促進
通過抗酒石酸酸性磷酸酶染色研究發(fā)現(xiàn)，與WT對照組小鼠相比，Ddr2Adipo小鼠的破骨細胞豐度增加（圖4A）。破骨細胞生成的經(jīng)典標志物抗酒石酸酸性磷酸酶5b及其mRNA水平在Ddr2Adipo小鼠骨中顯著上調(diào)（圖4B-C）。這些結(jié)果表明，由于骨形成的極大加速，Ddr2Adipo小鼠的骨量增加。
5.Ddr2Adipo小鼠骨髓脂肪減少
通過檢測血清脂肪因子水平，發(fā)現(xiàn)Ddr2Adipo小鼠的骨硬化不是由代謝綜合征引起的。通過成骨細胞分化誘導劑處理Ddr2Adipo骨髓基質(zhì)細胞，發(fā)現(xiàn)脂肪細胞Ddr2缺失對骨髓基質(zhì)細胞分化沒有任何反饋作用，并且刺激Ddr2Adipo小鼠的成骨細胞分化不是由骨髓基質(zhì)細胞的譜系選擇引起的。
組織學分析表明，Ddr2Adipo小鼠股骨中的骨髓脂肪組織、骨髓脂肪比例、脂肪細胞數(shù)量和脂肪細胞大小顯著降低（圖5A）。Perilipin 1（Plin1）染色陽性細胞一致，Ddr2Adipo小鼠骨髓中的脂肪細胞也顯著降低（圖5B）。使用試劑盒分離骨髓脂肪細胞，并測定mRNA表達，發(fā)現(xiàn)Ddr2Adipo和WT細胞之間的脂肪分解基因顯著增加（圖5E）。Ddr2 缺失刺激甘油動員，表明脂解作用增強（圖 5F）。檢測骨髓FFA豐度，發(fā)現(xiàn)Ddr2Adipo小鼠骨髓中各種長鏈脂肪酸減少（圖5G）。
6.Adcy5介導的脂解在Ddr2Adipo小鼠中被激活
對骨髓脂肪細胞的轉(zhuǎn)錄組結(jié)果進行GO分析，發(fā)現(xiàn)差異表達基因與細胞表面受體信號通路、腺苷酸環(huán)化酶抑制G蛋白偶聯(lián)受體信號通路和G蛋白偶聯(lián)受體信號通路相關(guān)，并與環(huán)核苷酸第二信使偶聯(lián)（圖6A）。通過火山圖分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)差異表達基因在Ddr2Adipo小鼠中上調(diào)（圖6B）。基因富集分析證實，參與調(diào)節(jié)脂解、脂肪消化和吸收、氧化磷酸化和ECM受體相互作用的失調(diào)基因顯著富集，并進一步在熱圖中確定參與這些過程的24個最上調(diào)和下調(diào)的基因，qPCR證實并表明Adcy5是最顯著上調(diào)的基因（圖6C-E）。這些數(shù)據(jù)表明脂肪分解和Adcy5可能是Ddr2Adipo小鼠刺激脂肪分解的原因。
7.脂肪細胞Ddr2通過Adcy5-cAMPPKA途徑調(diào)節(jié)骨量
通過測定骨髓脂肪細胞Adcy5的重要下游效應(yīng)物cAMP水平，發(fā)現(xiàn)Ddr2Adipo小鼠的cAMP水平顯著升高（圖7A）。通過測定骨髓脂肪細胞中PKA活性和Lipe磷酸化，發(fā)現(xiàn)PKA活性和Lipe磷酸化在Ddr2Adipo小鼠的骨髓脂肪細胞中被顯著誘導（圖7B-C）。在Ddr2缺失的3T3-L1細胞中也觀察到類似調(diào)節(jié)，并且FFA濃度顯著增加（圖8A-F）。
為進一步研究Adcy5在缺失Ddr2時對脂質(zhì)的調(diào)節(jié)作用，在Ddr2耗盡的3T3-L1細胞中干擾Adcy5的表達，發(fā)現(xiàn)Adcy5敲除顯著下調(diào)FFA含量，Adcy5的過表達恢復(fù)FFA的含量（圖7H-I）。使用抑制劑來阻斷顱骨細胞中的FFA攝取，發(fā)現(xiàn)與野生型細胞相比，Ddr2Adipo小鼠顱骨細胞的成骨細胞基因表達增加，但在抑制劑存在下，Ddr2Adipo顱骨細胞中成骨細胞表達基因的上調(diào)被顯著抑制（圖7L）。
通過腺苷酸環(huán)化酶抑制劑SQ22536來測試Adcy5和cAMP抑制對Ddr2Adipo小鼠骨量的影響，發(fā)現(xiàn)與對照相比，Ddr2Adipo小鼠骨量顯著降低，骨密度、骨量/總體積和小梁數(shù)顯著下降，而小梁分離顯著升高（圖9），表明Adcy5介導Ddr2對脂肪細胞脂解的調(diào)節(jié)，而Ddr2缺乏會導致Adcy5上調(diào)以及隨之而來的脂解和FFA含量，進而刺激成骨細胞分化和骨量增加。
結(jié)論
綜上所述，該研究首次表明，Ddr2在脂肪和骨骼之間的串擾中起著至關(guān)重要的作用。分子證據(jù)表明，Ddr2通過調(diào)節(jié)Adcy5-cAMP-PKA途徑調(diào)節(jié)脂肪細胞脂解和骨量。揭示了靶向脂肪細胞Ddr2作為治療肥胖和低骨量疾病的潛力。