利用Cul4b基因敲除小鼠模型研究CUL4B在脂肪分化中的作用及其分子机制

Obesity has been becoming a disease very harmful to our health in modern world. Among the many causes, abnormal adipocyte differentiation is a significant factor. Previous studies have shown that mutations in CUL4B, which encodes a ubiquitin E3 ligase subunit, cause an X-linked mental retardation syndrome associated with central obesity. However, the roles of CUL4B in obesity and lipid metabolism are totally unknown. Our studies showed that Cul4b deletion dramatically enhance adipogenic differentiation of mesenchymal stem cells. We believe that the function of CUL4B in adipocyte differentiation could explain the phenotype that CUL4B mutation causes obesity. To test this hypothesis, we will use Cul4b knock out mouse and in vitro adipocyte differentiation assay to investigate the roles and molecular mechanism of CUL4B in regulating adipocyte differentiation. This study will help us understand the incidence of obesity and provide new targets for obesity treatment.

肥胖日益成为严重影响人类健康的世界性疾病，其中脂肪细胞分化异常是导致个体肥胖的一个重要因素。CUL4B是一种泛素连接酶复合物的骨架蛋白，前期的研究发现CUL4B基因突变导致X连锁智力低下综合征和向心性肥胖，但是关于CUL4B突变引起肥胖的原因和它在脂质代谢方面的功能则完全未知。我们的初步研究发现Cul4b基因缺失显著增强间充质干细胞向脂肪细胞的分化能力。我们推测CUL4B在脂肪分化过程中发挥重要调控作用，也可能是CUL4B基因突变患者肥胖的原因。为验证这一假说，本课题将以Cul4b基因敲除小鼠为研究对象，体外细胞脂肪分化模型为手段，重点研究CUL4B在脂肪细胞分化过程中的作用，探讨CUL4B调控脂肪分化的分子机制，为理解肥胖发生机制和发现新的治疗靶点提供理论依据。

Cullin-Ring泛素连接酶复合物（Cullin-ring ubiquitin ligases, CRLs）是哺乳动物中最大的一类E3泛素连接酶，CUL4B蛋白是这一复合物中的一员。遗传学研究发现人类CUL4B基因突变导致X连锁智力低下综合征，还表现为生长发育迟缓、向心性肥胖等多方面症状。近10年来，关于CUL4B基因突变引起肥胖的原因一直不清楚。本课题利用Cul4b脂肪特异性敲除小鼠为模型，来研究CUL4B在肥胖和脂肪分化中的功能。.首先我们发现肥胖小鼠和体外诱导的成熟脂肪细胞中，CUL4B蛋白明显下调，这提示CUL4B的蛋白水平与肥胖呈负相关。利用前脂肪细胞3T3-L1诱导脂肪分模型，证明了CUL4B负调控脂肪分化。然后，我们构建了脂肪特异性敲除Cul4b （AKO）的小鼠，发现AKO小鼠在高脂饲料喂养情况下更易肥胖，有更多的皮下脂肪（腹股沟脂肪）聚集。进而我们发现AKO小鼠的脂肪细胞直径明显减小，脂肪体积变小，这说明AKO小鼠倾向于肥胖是由于脂肪细胞增殖加快而不是脂肪细胞体积增大引起的。这一结果与细胞水平上低表达CUL4B促进脂肪分化是一致的。在喂养高脂饲料条件下，胰岛素耐受实验和葡萄糖耐受实验都显示，AKO小鼠比WT小鼠有更低的血糖和胰岛素水平。这些实验结果都表明Cul4b敲除小鼠改善胰岛素抵抗和2型糖尿病症状。机制上，我们发现AKO小鼠中胰岛素信号通路更敏感，脂肪细胞更容易吸收葡萄糖。同时，AKO小鼠脂肪组织中巨噬细胞浸润明显减少。.我们在动物水平上的结果验证了在人体中发现的CUL4B基因突变引起向心性肥胖，并进一步发现这种肥胖是由于脂肪分化增加引起的，体现在脂肪体积变小，炎症减少，在代谢上可以认为是一种“有益”的肥胖。因此， CUL4B可以作为一个潜在药物靶点，在人体中抑制CUL4B的蛋白活性可以降低血糖，改善二型糖尿病症状。