衔接蛋白APPL1调控棕色脂肪细胞分化及产热的机制研究

Previous studies have shown that there is activated brown adipose tissue (BAT) in human adults. BAT content and activity are negatively corelated with BMI. However, how to increase the content of activited BAT and the mechanisms which modulate BAT differentiation and activation remain unclear. Our previous study showed that, compared with wild type mice, the energy expenditure, core body temperature and UCP1 mRNA level were significantly higher in APPL1 tansgenic mice. in vitro studies also showed that APPL1 could interact with Histone Deacetylase (HDAC) by nucleus shuttling. In primary cultured brown adipocytes, class-I HDAC inhibitor could improve differentiation by upregulating PGC1a expression. PGC1a played an important role in BAT differentiation and activation. In this study, we will use both APPL1 trangenic mouse model and primary cultured pre-brown adipocyte cell model to confirm the role of APPL1 in modulating BAT differentiation, and to further elucidate the down stream signaling cascades. These results could help to clarify the mechanisms of APPL1 in modulating BAT differentiation and to provide therotical basis of increasing endorgenous activated BAT content.

研究表明在成人体内存在有活性的棕色脂肪，且棕色脂肪含量与活性与体重指数呈负相关。但调控棕色脂肪分化及活性的机制尚未阐明。我们的前期工作显示，APPL1转基因小鼠的能耗、中心体温、棕色脂肪组织中UCP1mRNA表达水平均较野生型显著增高。体外细胞实验中进一步的研究证实，APPL1蛋白具有核穿梭功能，并可与组蛋白去乙酰化酶HDAC相互作用，调节下游基因转录。在培养的原代棕色脂肪细胞中，抑制I类组蛋白去乙酰化酶HDAC可以上调下游PGC1a基因表达，后者在棕色脂肪分化与活化中起重要作用。本课题将利用APPL1转基因小鼠动物模型及体外培养原代前棕色脂肪细胞模型，验证APPL1通过HDAC调控棕色脂肪分化的作用，并进一步阐明下游信号转导通路。研究结果有助于阐明棕色脂肪细胞分化及产热调控的分子机制，为探索增加机体内有活性的棕色脂肪提供理论依据。

背景：促进棕色脂肪活化被认为是肥胖和2型糖尿病的可能的治疗策略。2型糖尿病患者中，衔接蛋白APPL1的基因多态性与体重指数及体脂分布相关，但是，APPL1在棕色脂肪生理功能中的作用尚未明确。.方法：在APPL1转基因小鼠及脂肪组织特异性敲除APPL1小鼠中，探究APPL1在调控棕色脂肪活化及产热的作用，同时利用原代培养的棕色脂肪细胞进行进一步机制探讨。.结果：在本研究中，我们证明了APPL1转基因小鼠的能量消耗，中心体温及棕色脂肪中的UCP1表达水平较野生型增高，具有棕色脂肪活化表型。为进一步观察APPL1在脂肪细胞中的作用，我们利用AP2 Cre loxp系统，产生了脂肪组织特异性敲除APPL1小鼠。与前述结果相一致，经高脂饮食喂养后，脂肪组织特异性敲除APPL1小鼠与对照组相比，表现出更加肥胖，糖耐量异常及胰岛素抵抗。代谢笼研究显示，敲除APPL1降低小鼠的能量消耗及产热，PET-CT显示肩胛间区棕色脂肪SUV值降低，提示APPL1敲除小鼠的棕色脂肪活性减低。进一步的研究显示，与野生型小鼠相比，敲除小鼠的棕色脂肪中，棕色脂肪特异性基因包括UPC1及PGC1a等表达下降，呈现白色化表型。在分离培养的原代棕色脂肪细胞中，cAMP刺激APPL1从胞浆转入核内，并与HDAC3相互作用，调节组蛋白去乙酰化及棕色脂肪PGC1a和UCP1基因表达。.结论：APPL1可以通过核穿梭抑制HDAC3介导的组蛋白去乙酰化，调控棕色脂肪活性，因此为治疗肥胖提供可能的治疗靶点。