文獻解讀|PRDM16通過促進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胞組成。在低溫條件下，白色脂肪細胞可轉變為褐色脂肪細胞，即米黃色脂肪細胞。棕色和米色脂肪細胞消散能量并產生熱量，這在對抗冷應激和肥胖方面很重要，而WAT不僅是一個能量儲存器官，也是一個內分泌分泌器官，在能量平衡方面發揮著重要作用。PRDM16（The positive regulatory domain containing16）在冷應激刺激下主要影響白脂肪細胞的“褐變”。豬脂肪細胞的組成與嚙齒動物和人類*不同，豬缺乏棕色脂肪細胞，而關鍵調節劑UCP1大約在兩千萬年前就被破壞了。近，研究發現，抗敏豬品種（如閩豬和藏豬）可以通過表達UCP3基因誘導白色脂肪細胞褐變為進化機制，從而以一種抗寒的方式對抗寒冷的環境壓力。此外，由于豬缺乏功能性UCP1基因，有學者使用CRISPR-Cas9系統將功能性小鼠UCP1敲入豬基因組，發現其調溫能力得到提高。然而，白色脂肪細胞并未“變褐”，因此豬白色脂肪細胞的“變褐”機制或新陳代謝機制仍不清楚。華南農業大學教授、博士生導師王翀及其團隊就這一問題研究了PRDM16在豬白脂肪細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識。

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：華南農業大學博士研究生顧婷等

作者單位：華南農業大學

索萊寶合作產品：抗體

PRDM16基因的正調控區是一個顯性轉錄調控因子，有利于嚙齒動物白脂肪細胞的“褐變”。由于白色脂肪的“褐變”對豬抗寒生熱、避免肥胖癥、提高肉質具有重要意義，因此了解PRDM16基因在豬脂肪“褐變”和能量代謝中的關鍵作用具有重要意義。然而，豬脂肪的構成與嚙齒動物和人類有很大不同，因為它們甚在新生仔豬身上也沒有棕色脂肪組織（BAT）。本研究分離豬原代前脂肪細胞，探討PRDM16在前脂肪細胞分化中的作用。結果表明，PRDM16的PR結構域的過表達抑制了豬前脂肪細胞的分化，表現為油紅O染色和甘油三酯的沉積。Western blot檢測水平顯示PR域的過度表達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結構域編碼的蛋白，證明該蛋白具有H3K9me1甲基轉移酶活性。總之，豬PRM16基因的PR結構域通過促進豬的前體脂肪細胞的氧化活性而抑制了豬前體脂肪細胞的成熟。

1. PRDM16基因PR域的過表達抑制白色脂肪形成

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胞，并在細胞達到60％時轉染pcDNA3.1-PR載體或pcDNA3.1載體。與載體一起溫育6小時后，將細胞在新的培養基中繼續培養12小時，然后誘導分化，并收集不同時間的脂肪細胞用于進一步的分子分析。qPCR結果顯示PR結構域已成功轉染到豬前脂肪細胞中，并表達出明顯高于空白載體的蛋白（圖1）。如圖2所示，PR結構域的過表達抑制了白色脂肪形成，這由成熟脂肪細胞中油紅色O染色的脂滴（第8天）表明。

2. PR結構域的過度表達抑制了甘油三酯的沉積

為了研究PR結構域對甘油三酯沉積的影響，作者收集了分化成熟的脂肪細胞，并在冰磷酸鹽緩沖液（PBS）中均質。1000g離心10 min后，收集上清液進行甘油三酯分析。結果表明，PR結構域的過度表達在分化第8天明顯抑制了甘油三酯的沉積，而在分化第5天，沒有觀察到明顯的抑制作用（圖3）。

3. PRDM16的PR域通過促進其氧化活性來抑制白色脂肪形成

由于PRDM16基因是棕色脂肪細胞的決定因素，可以刺激嚙齒動物的線粒體生物發生并解耦細胞呼吸，因此作者進一步檢測了白色和棕色脂肪譜系共有的基因，例如過氧化物酶體增殖物激活受體γ（PPARγ），CCAAT增強子結合蛋白α（C /EBPα），脂肪細胞蛋白2（AP2，也稱為FABP4）和褐色脂肪選擇性表達的基因。在轉染PR域載體的豬前脂肪細胞中，通過Western blot分析長鏈脂肪酸（ELVOL）和線粒體電子傳遞基因細胞色素C氧化酶亞基III（COX3）的表達。結果表明，在分化過程中，轉染PR結構域的脂肪細胞與轉染對照載體的脂肪細胞相比，COX3和ELOVL的表達增加，表明PR結構域提高了脂肪酸代謝水平。

由于豬沒有UCP1基因，作者通過測試豬特異性褐變基因UCP3的蛋白質表達水平，進一步檢查豬脂肪細胞中的熱解偶聯過程是否被激活。作者還測試了脂肪分解基因激素敏感性脂肪酶（HSL），以確定脂肪細胞中細胞質中脂肪酸的水解是否增加。結果表明，在分化的第8天，在脂肪細胞轉染的PR域中，UCP3升高，脂解基因HSL也被上調，這些數據表明PR結構域足以促進脂解和脂肪酸氧化。

4. PR過表達對總蛋白甲基化的影響

作者用pET-28a載體表達了PR結構域編碼蛋白，載體上帶有his標記，可以通過Ni NTA柱進一步純化。用3K9me1抗體的Western blot結果顯示，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結構域具有H3K9me1甲基轉移酶的活性。

在這項研究中，作者證明了PRDM16的PR結構域的過度表達抑制了豬前脂肪細胞的脂肪生成和促進脂肪酸氧化。此外，UCP3的表達增加證明UCP3代替UCP1成為豬體內的致熱解偶聯蛋白，提高了豬的抗寒能力。作者認為PRDM16基因的PR結構域通過H3K9me1活性促進脂肪分解活性，在抑制豬脂肪生成中發揮作用，但這需要更多的研究來闡明其機制。