Nature子刊（IF=17.694）｜復旦大學腦科學轉化研究院郭非凡團隊揭示冷暴露時肝臟緩激肽調控脂肪產熱的機制
對寒冷環境做出反應并保持體溫恒定對恒溫脊椎動物的生存至關重要，脂肪組織通過非寒戰產熱在抵御寒冷中發揮重要作用。脂肪組織包括褐色脂肪組織（BAT）和白色脂肪組織（WAT），褐脂是一種產熱組織，在外部刺激下白脂中會出現與褐色脂肪細胞功能類似的細胞（即米色脂肪），稱為白脂米色化；促進褐脂產熱和白脂米色化能提高能量消耗，減少脂肪沉積，因此成為防治肥胖的可能途徑。研究表明肝臟在冷暴露時脂肪組織產熱的調節中起重要作用，但其潛在的機制尚不清楚。 2023年5月，復旦大學腦科學轉化研究院郭非凡研究團隊在“Nature Communications，IF 17.694 ”上發表文章“Reduced hepatic bradykinin degradation accounts for cold-induced BAT thermogenesis and WAT browning in male mice”，發現血清緩激肽（BK）在急性冷暴露期間調節BAT產熱和WAT褐變，此外，急性寒冷暴露會抑制肝臟脯氨酰內肽酶(PREP)活性，導致肝臟BK降解減少，血清BK水平升高。本研究為器官互作調控機體代謝穩態提供了新的見解，并表明BK可能是一種潛在的抗肥胖靶點。 病毒產品 AAV8-TBG-PREP-GFP AAV8-TBG-GFP 基因信息 PREP：脯氨酰內肽酶 實驗動物 8-10周齡雄性C57BL/6J小鼠 注射量 1.5625×10E12 VG/mouse 注射方式 尾靜脈注射 01 結果展示
1. BK通過B2R上調BAT和WAT中的UCP1
作者發現冷暴露小鼠的血清BK水平在每個時間點都高于室溫下的小鼠，且腹腔注射BK可使小鼠在室溫下的體溫急劇升高，并提高了急性冷暴露后小鼠維持體溫的能力，但抗BK抗體加速了急性冷暴露期間體溫的降低，表明BK參與冷暴露下小鼠的體溫調控。脂肪組織中的解偶聯蛋白1（UCP1）負責產熱，作者進一步研究了BK對UCP1表達的影響，發現在室溫下和急性冷暴露期間，BK處理小鼠的BAT中UCP1一致上調，并且WAT褐變標志物水平升高。進一步分析發現BK通過BK受體B2（B2R）上調UCP1的表達, 增加了BAT的產熱，促進了WAT的褐變。
圖1. BK通過B2R上調UCP1
2. 腎上腺素信號和NO信號參與BK上調的UCP1表達
為了研究BK促進UCP1表達的機制，作者進行了RNA測序分析，發現注射BK的小鼠BAT中腎上腺素信號通路顯著富集。BK注射后BAT中的NE水平保持不變，但cAMP水平顯著升高，表明BK可能通過NE外的其他途徑急性激活腎上腺素信號。β-腎上腺素受體拮抗劑明顯阻斷BK對體溫的急性影響，并阻斷BAT中cAMP和UCP1的表達水平，表明βAR參與了BK的急性產熱途徑。NO已被證明可以上調脂肪組織中的UCP1，作者發現BK可以增加BAT和WAT的NO水平，PTIO（NO清除劑）處理可抑制BK誘導的BAT中UCP1的表達和WAT中褐變標志物的表達，表明NO信號可能參與BK促進的UCP1表達。
圖2. β-腎上腺素阻滯劑對BK作用的影響
3. 急性寒冷暴露通過降低PREP活性增加BK含量
血清中BK的水平是由BK形成和降解之間的平衡決定的，肝臟是其降解的主要器官。作者檢測了低溫暴露后肝臟中BK降解酶的表達，發現只有PREP表達降低，并且急性冷暴露抑制PREP活性。為了研究PREP的功能，作者利用AAV8在小鼠肝臟中過表達PREP，發現PREP過表達能顯著降低肝臟和血清BK水平，導致小鼠在急性耐寒試驗中無法維持其核心體溫，并且BAT中UCP1表達降低，HE染色顯示，肝臟PREP的過表達也阻斷了急性寒冷誘導的WAT褐變。
圖3 急性冷暴露降低肝PREP活性和PREP過表達的影響
4. 油酸降低PREP活性增加BK水平
冷暴露會增加肝臟游離脂肪酸FFA水平，從而影響PREP活性，油酸（OA）是血清中FFA的主要成分。作者發現OA抑制了原代肝細胞和相應培養基中的PREP活性，增加了BK含量。此外，過表達PREP可阻斷OA介導的BK含量增加，PREP抑制則具有相反的作用。為了進一步證實OA的作用，作者利用UDCA（肝臟特異性脂肪酸轉運蛋白抑制劑）處理細胞，發現UDCA抑制原代肝細胞對OA的攝取，并且阻斷OA對PREP活性和BK含量的影響。
圖4 油酸降低PREP活性增加BK水平
5. ACEI通過B2R誘導BAT中UCP1表達和WAT褐變
作者推測通過減少BK降解操縱BK含量可能具有與BK治療相似的效果。血管緊張素轉換酶抑制劑ACEI可通過阻斷BK的分解而增加BK的水平，作者用ACEI灌胃小鼠，發現ACEI提高了血清BK水平、BAT中UCP1的表達和小鼠體溫；此外，ACEI還能誘導WAT褐變，降低WAT的重量，但ACEI誘導的BAT UCP1表達變化和WAT褐變在B2R-AKO小鼠中被阻斷。
圖5. ACEI通過B2R誘導BAT中UCP1表達和WAT褐變 02 實驗結論
本研究確定了BK在急性冷暴露期間調節BAT產熱和WAT褐變的重要功能，擴展了PREP在代謝中的生理作用，并證明肝臟通過降解BK來響應寒冷的產熱作用機制。
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