ECHO熒光顯微鏡在脂肪產(chǎn)熱新機制研究中的應(yīng)用

肥胖是指脂肪層的堆積，減肥不僅是為了更美，也是為了更健康，肥胖已被證明會增加多種疾病的發(fā)生風(fēng)險，如心血管疾病、癌癥、脂肪肝等，但對于大多數(shù)人來說，控制體重卻非常困難。減肥則主要通過刺激脂肪組織產(chǎn)熱增加全身的能量消耗，運動和節(jié)食是我們最常見的方式，但運動和節(jié)食太累和痛苦，難以堅持；因此有很多人選擇使用藥物來進行體重的控制。現(xiàn)有刺激脂肪產(chǎn)熱藥物大多以β3-腎上腺素能受體（β3-AR）為靶點，通過激活β3-AR及其下游信號通路，活化解偶聯(lián)蛋白（UCP1），從而引起脂肪組織產(chǎn)熱。但是β-AR激動劑會導(dǎo)致血壓增加，可能誘發(fā)心血管疾病。因此需要一種更低風(fēng)險和安全的藥物靶點。
 

美國加州大學(xué)舊金山分校糖尿病中心的研究人員對之前報道的一個與UCP無關(guān)的產(chǎn)熱機制進行了進一步探索，研究者們將該機制的驗證以《Wireless optogenetics protects against obesity via stimulation of non-canonical fat thermogenesis》為題發(fā)表在《Nature Communications》上。
 

這個與UCP無關(guān)的產(chǎn)熱機制涉及依賴于ATP的Ca2+通過肌/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATPase2b (SERCA2b)和Ryanodine受體2 (RyR2)的無效循環(huán)（無效循環(huán)指兩物質(zhì)自由能始終存在差異，自由能一高一低，即該循環(huán)發(fā)生必須從循環(huán)外注入能量）。之前研究發(fā)現(xiàn)作用于RyR2-Calstabin復(fù)合體的化學(xué)穩(wěn)定劑S107可以增強Ca2+無效循環(huán)，刺激非UCP1依賴的產(chǎn)熱，并保護UCP1缺失的小鼠在寒冷暴露后不會降低體溫。但是S107是全身性給予小鼠的，無法排除脂肪組織以外的其他組織，如骨骼肌，可能有助于UCP1非依賴性產(chǎn)熱的可能性，因此本文采用了獨特的光遺傳學(xué)方法，對脂肪細胞進行特異性操作，以嚴(yán)格測試非典型脂肪產(chǎn)熱治療肥胖的可能。
 

光遺傳學(xué)是對體內(nèi)神經(jīng)元或細胞活動進行時間和空間操作的強大工具。傳統(tǒng)的光遺傳學(xué)研究需要光纖系繩和/或大型頭戴式接收器，使其在一般代謝研究中應(yīng)用受限。而無線供電的光遺傳學(xué)設(shè)備使光能夠高效、穩(wěn)定地傳遞到行為自由的動物的外周神經(jīng)，因此本文開發(fā)了一種可植入小鼠皮下脂肪組織的無線光遺傳學(xué)裝置，同時該裝置刺激的細胞也與之前不同，刺激脂肪細胞而非常見的神經(jīng)細胞。
 

無線光遺傳學(xué)裝置可以通過光激活轉(zhuǎn)入channelrhodopsin2 （ChR2，光門控的、向內(nèi)整流的陽離子通道，傳輸質(zhì)子和單價Na+，K+和二價陽離子Ca2+，Mg2+）的神經(jīng)細胞，并可以驅(qū)動神經(jīng)元去極化。而該研究更進一步，將ChR2轉(zhuǎn)入小鼠和脂肪細胞，通過光誘導(dǎo)脂肪細胞激活Ca2+循環(huán)的脂肪產(chǎn)熱，增加全身能量消耗。
 

首先對細胞層面的可行性進行分析，確定轉(zhuǎn)入ChR2的米色脂肪細胞可以被光激活膜去極化觸發(fā)細胞內(nèi)Ca2+內(nèi)流，通過Echo Revolve正倒置一體顯微鏡對轉(zhuǎn)入ChR2脂肪細胞在光激活下的Ca2+含量，如視頻顯示的，光激活后，細胞內(nèi)Ca2+含量明顯升高。且對耗氧量分析發(fā)現(xiàn)，光激活的脂肪細胞耗氧量明顯增加。
 

進一步對體內(nèi)脂肪是否會被激活進行檢測，通過對溫度，耗氧量等的檢測確定，光激活后小鼠激活部位溫度升高，整體耗氧量增加，表明非UCP1依賴的產(chǎn)熱途徑在體內(nèi)脂肪細胞中可以被激活并發(fā)揮作用。通過對高脂肪飲食（HFD）的分析發(fā)現(xiàn)，光激活小鼠其體重增加明顯少于對照組，表明非UCP1依賴的產(chǎn)熱途徑足以保護小鼠免受飲食誘導(dǎo)的體重增加。此項研究也首次證明了脂肪特異性冷刺激模擬可以通過激活非典型產(chǎn)熱來預(yù)防肥胖。
 

Echo Revolve正倒置一體顯微鏡

Echo Revolve展現(xiàn)了其非凡的靈活性，可以輕松地實現(xiàn)正置和倒置顯微鏡轉(zhuǎn)換，創(chuàng)新性地把正倒置顯微鏡合二為一，開啟了顯微鏡Hybrid時代。

▲ Echo Revolve正倒置一體顯微鏡
 

☑   視網(wǎng)膜屏顯示技術(shù)：比擬目鏡人眼觀察效果。

☑   全視野觀察： 更清晰，更方便。

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☑   自動化操作：通過iPad Pro點觸操控相機及熒光通道之間的切換，實現(xiàn)了完全自動化操作。

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