TRPV2调节白色脂肪米色化的机制及其在能量代谢稳态中的作用研究

White adipose tissue (WAT) browning is an effective approach for the regulation of energy homeostasis. We have reported that transient receptor potential vanilloid subtype 2 (TRPV2) plays a critical role in brown adipose tissue (BAT) thermogenesis. TRPV2KO mice exhibited a significant increase in body weight after a high fat diet treatment and impaired BAT thermogenesis. However, BAT is gradually degraded in human with age. Therefore, clarification of the mechanism of TRPV2 in WAT browning is particularly critical for the regulation of energy homeostasis and obesity prevention and management. Our preliminary results demonstrated that TRPV2 antagonist significantly suppressed the mRNA expression of Ucp1 in cultured white adipocytes induced by isoproterenol. And similar results were observed by decreasing the intracellular calcium concentrations in white adipocytes. Moreover, the mRNA expression level of Ucp1 in WAT was also significantly lower in TRPV2KO mice after cold stimulation. Accordingly, we hypothesized that TRPV2-mediated calcium signaling may be involved in the regulation of WAT browning through specific protein kinase phosphorylation and thus affect holistic energy homeostasis. This project aims to answer the key scientific question of the regulatory mechanism of TRPV2 in WAT browning by recruiting molecular biology, cell biology and in vivo experiment methods. This project may help to clarify the regulatory mechanism of TRPV2 in WAT browning and its role in holistic energy homeostasis, which could provide sufficient scientific evidences for improving energy metabolism and preventing fat accumulation.

WAT米色化是调节能量代谢平衡的有效手段。我们已报道TRPV2在BAT能量代谢中起到重要作用，TRPV2KO小鼠BAT产热受损且高脂饮食刺激后体重增加显著。然而，随着年龄的增长人体中的BAT会逐渐退化消失。因此，研究TRPV2在WAT米色化中的作用机制对调节能量代谢平衡和肥胖防控尤为关键。预实验结果表明：TRPV2抑制剂抑制了异丙肾上腺素诱导的白色脂肪细胞UCP1的表达，降低白色脂肪细胞内钙离子浓度得到了相似结果。冷刺激后TRPV2KO小鼠WAT产热基因诱导表达受损。据此我们提出科学假设：TRPV2介导的钙信号可能通过特定蛋白激酶磷酸化参与调节WAT米色化进而影响机体能量代谢平衡。本项目拟采用分子、细胞和在体实验方法，旨在回答TRPV2调节WAT米色化的机制这一关键科学问题。本项目拟通过阐明TRPV2调节WAT米色化和能量代谢稳态的作用机制，为改善能量代谢和预防脂肪聚积提供充分的科学依据。

WAT米色化是调节能量代谢平衡的有效手段。我们前期报道了TRPV2在BAT能量代谢中起到重要作用。然而，随着年龄的增长人体中的BAT会逐渐退化消失。因此，研究TRPV2在WAT米色化中的作用机制对调节能量代谢平衡和肥胖防控尤为关键。本课题首次证明了TRPV2在白色脂肪细胞中的表达、TRPV2在小鼠WAT米色化以及机体能量代谢中的作用。研究发现TRPV2阻断剂SKF96365显著抑制了异丙肾上腺素诱导的白色脂肪细胞UCP1和PGC1α的mRNA表达水平，提示TRPV2可能参与调节白色脂肪细胞产热基因UCP1和PGC1α的表达水平。动物实验结果表明冷刺激后TRPV2KO小鼠皮下脂肪组织产热基因的诱导表达水平显著低于野生型小鼠，这与体外细胞实验结果一致。分子生物学实验结果还发现TRPV2介导的钙信号在β-肾上腺素受体激活介导的脂肪细胞产热基因表达中起到关键的作用，因为在膜通透的钙离子螯合剂BAPTA-AM处理过的白色脂肪细胞也观察到了和TRPV2KO脂肪细胞类似的结果，即UCP1和PGC1α的表达水平显著降低。以上研究结果提示：TRPV2介导的钙信号在WAT米色化和机体能量代谢平衡中起到重要的作用。本课题通过阐明TRPV2调节WAT米色化和能量代谢稳态的作用机制，为改善能量代谢和预防脂肪聚积提供充分的科学依据。.课题组还观察了白色脂肪分化过程的转录组变化情况，首次从转录组水平证明在脂肪细胞分化的早期阶段（前4天），转录组的改变主要集中在氧化还原反应和脂代谢相关的基因。而在脂肪细胞分化的后面阶段（后4天），转录组的改变主要集中在HIF-1, PI3K-Akt信号通路以及脂代谢相关的基因。在脂肪细胞分化的整个过程中，脂代谢以及氧化还原反应相关的基因普遍上调，而免疫反应、细胞周期以及细胞粘附相关的基因均下调。这一结果从转录组水平再次证明了脂代谢是脂肪细胞分化中的关键步骤。我们对所有脂肪细胞表达的TRP通道进行了聚类并检测了TRP通道在脂肪细胞分化和生长过程中的变化趋势。我们发现，TRPM7表达水平在脂肪分化过程显著下调，并发现TRPM7激动剂显著抑制脂肪细胞分化。