文獻解讀：非經(jīng)典信號軸潛在肥胖治療靶點揭示高脂飲食如何誘導肥胖

根據(jù)世衛(wèi)組織的最新數(shù)據(jù)，全球有超過10億人患有肥胖癥。而根據(jù)2020年的《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告》，我國成年人超重肥胖率已超過50%。肥胖是多種疾病的重大風險因素，包括心血管疾病、糖尿病和某些癌癥。

以往的研究表明，高脂飲食（HFD）引起的炎癥與脂肪過多和胰島素抵抗密切相關。而且，Toll樣受體/白介素-1信號傳導在高脂飲食誘導的脂肪組織功能障礙中起著重要作用。不過，TLR/IL-1R信號傳導如何影響脂肪細胞的代謝，目前還不大清楚。

近日，美國克利夫蘭醫(yī)學中心和凱斯西儲大學的研究人員發(fā)現(xiàn)了一條非經(jīng)典的IL-1R-IRAKM-Slc25a1信號軸，這條信號軸對脂肪生成進行重編程，并于5月將該文章發(fā)表在Nature Communications雜志上，將炎癥與脂肪細胞代謝緊密聯(lián)系在一起，顯示了一個潛在的肥胖治療靶點。以促進飲食誘導的肥胖。
 

研究材料
這項研究使用了脂肪細胞特異性的IRAKM敲除（IRAKMAKO）小鼠，以及IRAKM激酶失活突變體(K205A)的敲入(IRAKM KI)小鼠（后者由賽業(yè)生物提供）。研究人員還從6-8周齡的小鼠中采集脂肪組織，并進行原代脂肪細胞培養(yǎng)。

技術方法
研究人員在這項研究中采用了多種技術。在研究線粒體代謝時，他們分離出線粒體并開展分級分析。他們采用免疫沉淀和蛋白質(zhì)組分析來確定IRAKM的互作蛋白。在鑒定Slc25a1磷酸化時，他們采用了體外激酶分析以及LC-MS/MS分析。此外，他們還使用了Western blot、免疫組化、透射電鏡等分析。

技術路線
01IRAKM缺乏可減輕高脂飲食誘導的肥胖
02IRAKM與Slc25a1相互作用，促進脂肪酸合成
03IRAKM與Slc25a1抑制產(chǎn)熱基因的表達
04IRAKM激酶失活可減輕小鼠肥胖

研究結果
1.IRAKM缺乏可減輕高脂飲食誘導的肥胖
眾所周知，TLR/IL-1R通過接頭分子MyD88和IL-1R相關激酶（IRAK）家族成員傳導信號，包括IRAK1、IRAK2、IRAKM和IRAK4。研究人員發(fā)現(xiàn)IRAKM表達在原代脂肪細胞分化過程中上調(diào)，于是想了解IRAKM在脂肪細胞中的功能。他們構建了脂肪細胞特異性的IRAKM敲除（IRAKMAKO）小鼠。

與對照小鼠相比，IRAKMAKO小鼠在高脂飲食喂養(yǎng)后體重增加較少，且IRAKM缺乏改善了高脂飲食喂養(yǎng)后的葡萄糖耐量和胰島素抵抗。有趣的是，高脂飲食喂養(yǎng)的IRAKMAKO小鼠在耗氧率、二氧化碳產(chǎn)生和能量消耗上顯著高于對照小鼠。同時，棕色脂肪組織中的脂質(zhì)積累要少得多，同時產(chǎn)熱基因表達增加，包括Pgc1a、Prdm16、Cidea和Ucp1。這些結果表明，IRAKM可能通過干擾脂肪生成和能量消耗，在高脂飲食誘導的脂肪細胞功能障礙中發(fā)揮重要作用。

2.IRAKM可促進IL-1β誘導的脂肪酸合成
研究人員還發(fā)現(xiàn)，高脂飲食誘導的IRAKMAKO小鼠脂肪組織中的游離脂肪酸水平也顯著降低，而且脂肪酸合成是由IL-1β誘導的。那么，IRAKM如何促進IL-1β誘導的脂肪酸合成呢？通過亞線粒體分級分析，他們發(fā)現(xiàn)IL-1β刺激誘導IRAKM Myddosome（MyD88/IRAK4/IRAKM）復合物形成并易位至線粒體外膜，從而促進了脂肪細胞中的脂肪酸合成。

那么，背后的具體機制如何呢？免疫共沉淀后實驗顯示，IL-1β刺激能夠誘導IRAKM與線粒體檸檬酸轉(zhuǎn)運蛋白Slc25a1相互作用（圖1）�？紤]到IRAKM的激酶活性，他們又證實IRAKM能夠?qū)�Slc25a1磷酸化。多個實驗的數(shù)據(jù)表明，IL-1β誘導線粒體IRAKM與Slc25a1相互作用并使其磷酸化，促進檸檬酸鹽從線粒體轉(zhuǎn)運至細胞質(zhì)，并參與脂肪酸合成。
 

圖1. IRAKM通過與Slc25a1相互作用來誘導線粒體檸檬酸鹽轉(zhuǎn)運

3.IRAKM如何調(diào)控產(chǎn)熱基因的表達
由于IRAKMAKO小鼠的脂肪生成減少，而產(chǎn)熱基因表達增加，研究人員接著探索了IRAKM如何將脂肪生成和產(chǎn)熱抑制聯(lián)系起來。他們發(fā)現(xiàn)，IL-1β誘導脂肪細胞中的Pgc1a乙�；�，而IRAKM缺乏的完全消除了這種乙�；�。同樣，Slc25a1敲低也減弱了IL-1β誘導的Pgc1a乙�；�。這些結果表明，盡管IL-1β-IRAKM-Slc25a1信號軸通過誘導檸檬酸鹽轉(zhuǎn)運和脂肪酸合成來促進脂肪生成，但IRAKM-Slc25a1同時通過提高乙酰輔酶A合成和Pgc1a乙�；瘉硪种飘a(chǎn)熱基因的表達。

4.IRAKM激酶失活可防止小鼠肥胖
既然IRAKM激酶活性在肥胖中發(fā)揮重要作用，那么也許能為肥胖治療策略的開發(fā)提供思路。因此，他們隨后分析了IRAKM激酶活性在高脂飲食誘導的肥胖中的作用。與野生型對照小鼠相比，IRAKM激酶失活的基因敲入小鼠（IRAKM KI）（該小鼠模型由賽業(yè)生物提供）在高脂飲食下體重較輕，脂肪量也少得多（圖2）。此外，IRAKM KI小鼠能量消耗增加，產(chǎn)熱基因表達也增加。這些結果表明，IRAKM激酶活性促進了高脂飲食誘導的肥胖，而IRAKM未來有望作為治療肥胖的藥物靶點。
 

圖2. IRAKM激酶失活KI小鼠可防止肥胖

研究結論
總的來說，這項研究表明，IL-1R-IRAKM-Slc25a1信號軸通過促進線粒體檸檬酸鹽轉(zhuǎn)運和脂肪酸合成對脂肪細胞的代謝進行重編程。IRAKM作為檸檬酸轉(zhuǎn)運蛋白Slc25a1的獨特激酶，將線粒體代謝與脂肪酸合成聯(lián)系起來。這些結果表明，特異性破壞IRAKM與Slc25a1的相互作用或IRAKM抑制劑也許能夠治療肥胖相關疾病。

原文檢索：
Liu, W., Zhou, H., Wang, H. et al. IL-1R-IRAKM-Slc25a1 signaling axis reprograms lipogenesis in adipocytes to promote diet-induced obesity in mice. Nat Commun 13, 2748 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-30470-w