摘要
随着现代社会的发展，肥胖逐渐趋于流行。肥胖以及相关代谢性疾病给中国和世界都带来了巨大的经济、社会负担。研究脂肪细胞的代谢机制、解密肥胖发生的具体机制以及寻找治疗肥胖的潜在靶点已经成为中国乃至世界医学科研界的工作重点。 肥胖是一种由于能量摄入大于能量消耗，导致脂肪组织过度扩张的代谢性疾病，表现为脂肪细胞的增生和肥大。人体的脂肪细胞可以分为三种:白色脂肪细胞、棕色脂肪细胞和米色脂肪细胞。白色脂肪细胞是经典的脂肪细胞，主要负责储存能量，形态上具有单腔大脂滴。棕色脂肪细胞的功能是适应性产热和消耗能量，形态上具有多腔小脂滴，含丰富线粒体，高表达解偶联蛋白1(Uncouplingprotein1,UCP1)。米色脂肪细胞是可诱导的白色脂肪细胞，在冷暴露或一些其他因素的刺激下发生形态和功能上的改变，线粒体数目、UCP1表达量增加，产热能力上升。目前，在脂肪代谢领域，利用脂肪细胞的棕色化，激活脂肪细胞代谢水平，消耗过多能量，成为治疗肥胖的一个新途径。 因此，本课题的研究目标是寻找促进脂肪细胞棕色化的基因，研究其在棕色化和脂肪细胞代谢中的作用和机制。本研究选取冷暴露不同时间长度的小鼠皮下白色脂肪组织样本，以及处于不同分化时间点的前棕色脂肪细胞系DE-2-3的细胞样本，提取样本RNA进行转录组学分析。通过寻找差异表达基因(DifferentiallyExpressedGenes,DEGs)和GO功能富集分析，我们锁定到参与细胞质和线粒体间磷酸甘油穿梭的一个基因——Gpd2(Glycerolphosphatedehydrogenase2)。Gpd2编码线粒体蛋白3-磷酸甘油脱氢酶2(Glycerolphosphatedehydrogenase2,GPD2),磷酸甘油脱氢酶家族还包括定位于胞质的GPD1(Glycerolphosphatedehydrogenase1),GPD1由Gpd1(Glycerolphosphatedehydrogenase1)基因所编码。GPD2是磷酸甘油穿梭的关键限速酶，对于细胞质NADH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)水平、甘油三酯和磷脂的合成以及电子传递链的调控均有重要作用。 本课题研究验证了GPD2高表达在成熟脂肪细胞内。在三种脂肪组织当中，GPD2在棕色脂肪组织中的表达最高，其次是皮下白色脂肪组织，在内脏白色脂肪组织中的表达最低。白色脂肪组织GPD2水平会随着冷刺激的诱导而表达上调。高脂饮食(HFD)时GPD2在皮下白色脂肪和内脏白色脂肪的表达显著降低，而在棕色脂肪中无显著变化。 另外，本课题构建了脂肪细胞特异性敲除GPD2的小鼠，并且研究了其在普通饮食(NCD)和高脂饮食下的代谢情况。在普通饮食情况下，脂肪细胞特异性敲除GPD2的小鼠应对8h急性冷刺激时展现出更好的体温维持能力，氧电极实验证明其皮下白色脂肪组织的氧耗水平显著上升，血清甘油水平高于WT小鼠。蛋白免疫印迹实验显示，小鼠棕色脂肪和皮下白色脂肪的脂解酶(Adiposetriglyceridelipase,ATGL)和棕色化标志物UCP1出现显著上调。进一步的实验研究发现，脂肪细胞特异性敲除GPD2的小鼠空腹血糖显著下降。核磁共振分析结果显示，其脂肪质量和体液质量都有明显下降。室温和冷刺激下脂肪细胞特异性敲除GPD2的小鼠食物摄入量没有出现明显变化。随后，给予脂肪细胞特异性敲除GPD2的小鼠及对照小鼠进行11周的高脂饲料喂养。高脂饮食情况下，脂肪细胞特异性敲除GPD2的小鼠展现出更轻的体重以及更好的胰岛素敏感性。组织切片染色可以看到脂肪细胞特异性敲除GPD2小鼠的棕色脂肪和皮下白色脂肪组织的脂滴明显减小，肝脏的脂滴大小和数目也出现显著下降。血清生化仪结果显示，该小鼠血清中总胆固醇(TC)、高密度脂蛋白(HDL)、谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)明显下降。蛋白免疫印迹实验显示，UCP1和ATGL在皮下白色脂肪中有所上调，而非在棕色脂肪中。本课题初步探究了GPD2对白色脂肪细胞棕色化的影响，有望为今后寻找治疗肥胖潜在靶点提供帮助。
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