文獻(xiàn)解讀|PRDM16通過(guò)促進(jìn)脂解活性抑制豬白脂肪生成

脂肪組織主要分為白色脂肪組織（WAT）和棕色脂肪組織（BAT），分別由白色和棕色脂肪細(xì)胞組成。在低溫條件下，白色脂肪細(xì)胞可轉(zhuǎn)變?yōu)楹稚炯?xì)胞，即米黃色脂肪細(xì)胞。棕色和米色脂肪細(xì)胞消散能量并產(chǎn)生熱量，這在對(duì)抗冷應(yīng)激和肥胖方面很重要，而WAT不僅是一個(gè)能量?jī)?chǔ)存器官，也是一個(gè)內(nèi)分泌分泌器官，在能量平衡方面發(fā)揮著重要作用。PRDM16（The positive regulatory domain containing16）在冷應(yīng)激刺激下主要影響白脂肪細(xì)胞的“褐變”。豬脂肪細(xì)胞的組成與嚙齒動(dòng)物和人類*不同，豬缺乏棕色脂肪細(xì)胞，而關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑UCP1大約在兩千萬(wàn)年前就被破壞了。近，研究發(fā)現(xiàn)，抗敏豬品種（如閩豬和藏豬）可以通過(guò)表達(dá)UCP3基因誘導(dǎo)白色脂肪細(xì)胞褐變?yōu)檫M(jìn)化機(jī)制，從而以一種抗寒的方式對(duì)抗寒冷的環(huán)境壓力。此外，由于豬缺乏功能性UCP1基因，有學(xué)者使用CRISPR-Cas9系統(tǒng)將功能性小鼠UCP1敲入豬基因組，發(fā)現(xiàn)其調(diào)溫能力得到提高。然而，白色脂肪細(xì)胞并未“變褐”，因此豬白色脂肪細(xì)胞的“變褐”機(jī)制或新陳代謝機(jī)制仍不清楚。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師王翀及其團(tuán)隊(duì)就這一問(wèn)題研究了PRDM16在豬白脂肪細(xì)胞分化和能量代謝中的作用，這可能為抗擊肥胖和改善新生仔豬的生存方式提供一些新見(jiàn)識(shí)。

題目：

PRDM16 Represses the Pig White Lipogenesis through Promoting Lipolysis Activity期刊：BioMed Research International

影響因子：2.2

PMID：31312653

一作者：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生顧婷等

作者單位：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)

索萊寶合作產(chǎn)品：抗體

PRDM16基因的正調(diào)控區(qū)是一個(gè)顯性轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，有利于嚙齒動(dòng)物白脂肪細(xì)胞的“褐變”。由于白色脂肪的“褐變”對(duì)豬抗寒生熱、避免肥胖癥、提高肉質(zhì)具有重要意義，因此了解PRDM16基因在豬脂肪“褐變”和能量代謝中的關(guān)鍵作用具有重要意義。然而，豬脂肪的構(gòu)成與嚙齒動(dòng)物和人類有很大不同，因?yàn)樗鼈兩踉谛律胸i身上也沒(méi)有棕色脂肪組織（BAT）。本研究分離豬原代前脂肪細(xì)胞，探討PRDM16在前脂肪細(xì)胞分化中的作用。結(jié)果表明，PRDM16的PR結(jié)構(gòu)域的過(guò)表達(dá)抑制了豬前脂肪細(xì)胞的分化，表現(xiàn)為油紅O染色和甘油三酯的沉積。Western blot檢測(cè)水平顯示PR域的過(guò)度表達(dá)顯著增加了脂肪分解和線粒體氧化能力。此外，作者還純化了由PR結(jié)構(gòu)域編碼的蛋白，證明該蛋白具有H3K9me1甲基轉(zhuǎn)移酶活性?？傊?，豬PRM16基因的PR結(jié)構(gòu)域通過(guò)促進(jìn)豬的前體脂肪細(xì)胞的氧化活性而抑制了豬前體脂肪細(xì)胞的成熟。

1. PRDM16基因PR域的過(guò)表達(dá)抑制白色脂肪形成

作者從1日齡雄性Landrace豬的皮下脂肪組織中分離出豬前體脂肪細(xì)胞，并在細(xì)胞達(dá)到60％時(shí)轉(zhuǎn)染pcDNA3.1-PR載體或pcDNA3.1載體。與載體一起溫育6小時(shí)后，將細(xì)胞在新的培養(yǎng)基中繼續(xù)培養(yǎng)12小時(shí)，然后誘導(dǎo)分化，并收集不同時(shí)間的脂肪細(xì)胞用于進(jìn)一步的分子分析。qPCR結(jié)果顯示PR結(jié)構(gòu)域已成功轉(zhuǎn)染到豬前脂肪細(xì)胞中，并表達(dá)出明顯高于空白載體的蛋白（圖1）。如圖2所示，PR結(jié)構(gòu)域的過(guò)表達(dá)抑制了白色脂肪形成，這由成熟脂肪細(xì)胞中油紅色O染色的脂滴（第8天）表明。

2. PR結(jié)構(gòu)域的過(guò)度表達(dá)抑制了甘油三酯的沉積

為了研究PR結(jié)構(gòu)域?qū)Ω视腿コ练e的影響，作者收集了分化成熟的脂肪細(xì)胞，并在冰磷酸鹽緩沖液（PBS）中均質(zhì)。1000g離心10 min后，收集上清液進(jìn)行甘油三酯分析。結(jié)果表明，PR結(jié)構(gòu)域的過(guò)度表達(dá)在分化第8天明顯抑制了甘油三酯的沉積，而在分化第5天，沒(méi)有觀察到明顯的抑制作用（圖3）。

3. PRDM16的PR域通過(guò)促進(jìn)其氧化活性來(lái)抑制白色脂肪形成

由于PRDM16基因是棕色脂肪細(xì)胞的決定因素，可以刺激嚙齒動(dòng)物的線粒體生物發(fā)生并解耦細(xì)胞呼吸，因此作者進(jìn)一步檢測(cè)了白色和棕色脂肪譜系共有的基因，例如過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ），CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白α（C /EBPα），脂肪細(xì)胞蛋白2（AP2，也稱為FABP4）和褐色脂肪選擇性表達(dá)的基因。在轉(zhuǎn)染PR域載體的豬前脂肪細(xì)胞中，通過(guò)Western blot分析長(zhǎng)鏈脂肪酸（ELVOL）和線粒體電子傳遞基因細(xì)胞色素C氧化酶亞基III（COX3）的表達(dá)。結(jié)果表明，在分化過(guò)程中，轉(zhuǎn)染PR結(jié)構(gòu)域的脂肪細(xì)胞與轉(zhuǎn)染對(duì)照載體的脂肪細(xì)胞相比，COX3和ELOVL的表達(dá)增加，表明PR結(jié)構(gòu)域提高了脂肪酸代謝水平。

由于豬沒(méi)有UCP1基因，作者通過(guò)測(cè)試豬特異性褐變基因UCP3的蛋白質(zhì)表達(dá)水平，進(jìn)一步檢查豬脂肪細(xì)胞中的熱解偶聯(lián)過(guò)程是否被激活。作者還測(cè)試了脂肪分解基因激素敏感性脂肪酶（HSL），以確定脂肪細(xì)胞中細(xì)胞質(zhì)中脂肪酸的水解是否增加。結(jié)果表明，在分化的第8天，在脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)染的PR域中，UCP3升高，脂解基因HSL也被上調(diào)，這些數(shù)據(jù)表明PR結(jié)構(gòu)域足以促進(jìn)脂解和脂肪酸氧化。

4. PR過(guò)表達(dá)對(duì)總蛋白甲基化的影響

作者用pET-28a載體表達(dá)了PR結(jié)構(gòu)域編碼蛋白，載體上帶有his標(biāo)記，可以通過(guò)Ni NTA柱進(jìn)一步純化。用3K9me1抗體的Western blot結(jié)果顯示，與His-tag蛋白相比，PR-his重組總蛋白顯示出更高的甲基化活性。表明PR結(jié)構(gòu)域具有H3K9me1甲基轉(zhuǎn)移酶的活性。

在這項(xiàng)研究中，作者證明了PRDM16的PR結(jié)構(gòu)域的過(guò)度表達(dá)抑制了豬前脂肪細(xì)胞的脂肪生成和促進(jìn)脂肪酸氧化。此外，UCP3的表達(dá)增加證明UCP3代替UCP1成為豬體內(nèi)的致熱解偶聯(lián)蛋白，提高了豬的抗寒能力。作者認(rèn)為PRDM16基因的PR結(jié)構(gòu)域通過(guò)H3K9me1活性促進(jìn)脂肪分解活性，在抑制豬脂肪生成中發(fā)揮作用，但這需要更多的研究來(lái)闡明其機(jī)制。