Prkar2b在诱导米色脂肪分化和激活NP信号通路的作用机制研究

Obesity is a great challenge for human health.Beige fat is the inducible thermogenic fat tissue in adults, but little is known about the mechanisms of its differentiation and activation. Approaches of increasing and activating beige fat might be effective in preventing and managing obesity and even diabetes. Protein kinase A (PKA) is important components of intracellular signaling pathways.Norepinephrine could stimulate thermogenesis of brown adipose tissue throuth PKA, which would be enhanced by natriuretic peptides through PKG pathway.Our preliminary results suggested that , Prkar2b, the regulatory subunit of PKA, mutant mice has increased beige fat proportion in inguinal adipose tissue, enhanced thermogenesis,but decreased natriuretic peptide receptor 3(NPR3) mRNA level. To explore the mechanisms, beige fat cell line and Prkar2b mutant mouse mode will be used in this project. This study is going to explore the synergistic effect of PKA and NP pathway in inducing beige fat, as well as the role of Prkar2b in the regulation of NPR3 expression. Our results may reveal the the potential mechanisms of beige fat differentiation and activation.

肥胖严重威胁人类健康。米色脂肪是成人体内可诱导的产热脂肪组织，但目前对机体内米色脂肪分化和活化的调控机制并不明了，能增加和激活体内的米色脂肪和方法，将有望成为预防和治疗肥胖甚至糖尿病的潜在手段。PKA是细胞内信号通路的重要组成部分，去甲肾上腺素可通过PKA通路激活棕色脂肪产热功能；钠尿肽（NP）通过PKG通路与去甲肾上腺素发挥协同作用。本课题组前期研究发现PKA亚单位Prkar2b突变小鼠腹股沟脂肪组织中米色脂肪比例显著增加，且产热功能增强，并存在NP清除型受体（NPR3）mRNA转录水平下调。本课题拟利用体外培养的米色脂肪细胞系和Prkar2b突变小鼠模型研究PKA及NP通路在诱导米色脂肪过程中的协同作用及Prkar2b对Npr3表达的调控机制。其结果将有助于揭示体内米色脂肪诱导分化和功能活化的调控机制。

肥胖已经成为全球最为常见的代谢紊乱状态，其发生源于能量摄入长期超过能量消耗。能量消耗主要由基础代谢、运动和适应性产热构成。上调脂肪适应性产热可有效增加能量消耗，抵抗肥胖。蛋白激酶A的β二型调节亚基（Type II-beta regulatory subunit of cAMP-dependent protein kinase A，RIIβ）由Prkar2b基因编码，主要表达于脂肪和中枢神经系统，在调节能量代谢的过程中发挥重要作用。.本研究利用piggyBac转座子构建了Prkar2b基因失活突变小鼠。我们发现突变小鼠消瘦但健康，且能够抵抗高脂饮食诱导的肥胖及其相关的代谢紊乱，如糖耐量降低、胰岛素抵抗和脂代谢紊乱。突变小鼠能量摄入正常、但能量消耗显著增加，提示突变小鼠消瘦表型可能源于能量消耗增加。然而突变小鼠自主运动几乎正常，提示突变小鼠可能存在适应性产热水平上调。.研究发现突变小鼠腹股沟皮下脂肪和附睾旁内脏脂肪产热基因显著上调，腹股沟皮下脂肪出现大量米色脂肪。突变小鼠腹股沟皮下脂肪中解耦联蛋白1（uncoupling protein 1，UCP1）和其他产热基因表达显著上调，其机制与环磷腺苷效应元件结合蛋白（cAMP-response element binding protein，CREB）和P38 丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路激活有关。RIIβ缺失还可以细胞自主的方式上调脂肪细胞中产热基因表达，且机制与CREB和P38 MAPK通路激活有关。.利用热力学中性环境抑制交感紧张对棕色脂肪和米色脂肪的激活，结果并不能抑制RIIβ缺失促进白色脂肪棕色化，提示RIIβ缺失可以不依赖交感紧张的方式上调白色脂肪产热。.本研究证实Prkar2b基因失活上调白色脂肪产热，并为其在调控能量代谢中的作用提供新的证据。Prkar2b有望成为治疗肥胖及其相关代谢紊乱的潜在靶点。