脂肪组织在调节机体物质及能量代谢平衡中发挥着举足轻重的作用。白色脂肪细胞负责储存过剩的能量,而棕色及米色脂肪细胞则通过产热帮助机体维持体温。鉴于脂肪产热过程消耗大量能量,因此激活脂肪细胞的产热能力可能为解决能量过剩导致的肥胖及相关代谢问题提供新途径。葡萄糖是脂肪细胞产热过程中的关键供能物质,但此前对其是否能作为信号分子调控产热过程尚不清楚。
为了深入探索葡萄糖在脂肪组织产热过程中的调控作用,研究人员设计了一系列实验。他们将饥饿状态的小鼠置于低温环境中,以诱导脂肪组织产热程序,并发现葡萄糖注射显著提高了小鼠维持体温的能力,并特异性地促进了皮下米色脂肪细胞产热相关基因的表达。此外,体外实验也证实,葡萄糖处理能显著增强小鼠原代脂肪细胞及细胞系中产热基因的表达,这表明葡萄糖作为信号分子参与了产热基因的转录调控,且CREBZF的蛋白水平也受葡萄糖信号的诱导而增加。
进一步的研究揭示,葡萄糖信号通过乙酰基转移酶CBP/p300对CREBZF蛋白进行乙酰化修饰,增强其稳定性;而去乙酰化酶HDAC3则起到相反的作用,通过去除乙酰基团降低CREBZF的蛋白含量。此外,葡萄糖激活的CREBZF与下游产热调控关键因子PGC-1α结合,抑制其转录活性,从而抑制脂肪细胞的产热能力。
在低温条件下,对CREBZF脂肪特异性敲除小鼠给予葡萄糖后,敲除小鼠的产热能力及体温进一步增加。这表明CREBZF在葡萄糖信号的激活下,有助于维持脂肪组织的能量代谢状态在较高水平,同时避免过度能量消耗导致的组织损伤。在生理条件下,葡萄糖诱导的CREBZF可能防止米色脂肪细胞过度激活和不必要的能量消耗;然而,在病理条件下,它可能是高血糖与肥胖状态下机体产热能力受损的重要原因。
此项研究不仅揭示了葡萄糖作为信号分子在脂肪细胞产热中的调控机制,还表明脂肪细胞中的CREBZF能够介导葡萄糖信号,进而调节能量代谢信号通路。此外,CREBZF对葡萄糖感应的失调在肥胖及相关代谢疾病的发生发展中起到了关键作用。
这项研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及上海市市级科技重大专项等多项基金的支持。这一发现为理解肥胖及相关代谢疾病的发病机制提供了新的视角,也为开发新的治疗策略提供了潜在靶点。