环腺苷酸信号通路对人间充质干细胞向褐色脂肪细胞分化的调控机制研究

There are two types of fat cells in mammals, white adipocyte and brown adipocyte. While white adipocyte is specialized for storage of excess energy in the form of triglycerides, brown adipocyte dissipates energy through oxidation of fatty acids in adaptive thermogenesis. Both cells are derived from mesenchymal stem cells. In our previous work, we have shown that the cAMP signaling is crucial for the white adipocyte differentiation of human mesenchymal stem cells derived from adipose tissue (hMADS)。 More than that, we proved that the effects of cAMP are mediated by both of its downstream effectors, Protein Kinase A (PKA) and Exchange protein directly activated by cAMP (Epac). In this study, we will investigate the effect of cAMP signaling on the brown adipocyte differentiation of hMADS cells. By using the PKA or Epac selective activating/inhibiting analogs, we are going to explore their regulating effects on MKK3 / 6 and P38MAPK, and the transcriptional regulation of brown adipocytes marker genes, like UCP1, PGC-1?, CIDEA and CPT1B. This project will enrich our understanding of the development and differentiation of brown fat cells, and to provide new ideas for the prevention and treatment of obesity.

哺乳动物体内存在有白色脂肪细胞和褐色脂肪细胞，前者以甘油三酯的形式储存能量，后者则可通过氧化脂肪酸产热的方式消耗机体摄入的过剩能量，两者都是由间充质干细胞分化而来。我们的前期工作表明cAMP信号通路对人脂肪源间充质干细胞hMADS细胞向白色脂肪细胞的分化至关重要，同时证明了cAMP的促分化作用是通过其下游效应因子PKA和Epac共同介导的。本课题将研究cAMP对hMADS细胞向褐色脂肪细胞分化的影响及其作用的时间依赖性，采用特异激活或抑制PKA/Epac的方式研究cAMP调控分化所依赖的信号通路，并探索其对MKK3/6和P38MAPK激酶活性的调控作用，以及对褐色脂肪细胞功能基因UCP1、PGC-1?、CIDEA和CPT1B的转录调控机制。本课题将丰富对褐色脂肪细胞发育分化的认识，并为肥胖的预防治疗提供新的思路。

单纯性肥胖是一种广泛流行的代谢性疾病，也是包括糖尿病在内的多种疾病发生的高危因素，严重威胁着人类健康。哺乳动物体内存在有白色脂肪细胞和褐色脂肪细胞，前者以甘油三酯的形式储存能量，后者则可通过氧化脂肪酸产热的方式消耗机体摄入的过剩能量，两者都是由间充质干细胞分化而来。近年来研究人员尝试借助激活或增加褐色脂肪组织的方法来提高肥胖患者的能量消耗水平从而达到治疗肥胖的目的。我们之前的工作表明cAMP信号通路对人脂肪源间充质干细胞（hMSC）向白色脂肪细胞的分化至关重要，同时证明cAMP在诱导早期的促分化作用是通过其下游效应因子PKA和Epac共同介导的。在本课题中我们研究了cAMP信号通路对hMSC向褐色脂肪细胞分化的调控机制。本项目共计发表论文4篇，其中SCI论文3篇，中文核心期刊一篇，另外还有两篇论文正在投稿中。我们的实验结果表明：cAMP对hMSC褐色脂肪细胞分化的诱导作用主要作用于诱导后期，在分化第14天的细胞中加入cAMP类似物处理24h可显著诱导包括UCP1、CIDEA和CPT1B在内的多个褐色脂肪基因的表达。与cAMP早期促成脂分化作用不同的是，它对褐色脂肪细胞分化的作用主要是由PKA而非Epac介导。当PKA被抑制的时候，CPT无法诱导UCP1等褐色脂肪基因表达，而当Epac被抑制时，CPT对褐色脂肪基因的诱导效应则不受影响。最后我们证明cAMP是通过PKA磷酸化激活CREB和p38 MAPK通路诱导UCP1等褐色脂肪基因的表达，促使hMSC分化为褐色脂肪细胞。本课题加深了我们对褐色脂肪细胞发育分化的认识，为治疗肥胖提供了新的思路。