随着物质生活水平的提高,作为一种渐进性的代谢性疾病,肥胖逐渐成为人类面临的一大健康威胁。有报道指出,全球有二十亿人超重,而其中三分之一的人肥胖。肥胖个体通常表现出增大的脂肪组织,上升的炎性反应水平,以及脂质的异位沉积。另外肥胖还是2型糖尿病,心血管疾病和癌症的诱发因素。机体稳态的维持是健康的基本保障,而肥胖的发生,就是机体能量稳态失衡的结果。脂肪组织,作为一种具有内分泌功能的代谢调节器官,在机体能量稳态和肥胖诱导的代谢性疾病中发挥重要作用。脂肪组织按照功能来分类可以分为白色脂肪和棕色脂肪,而皮下白色脂肪在寒冷或者肾上腺素β受体激活剂的诱导下,可以转化为具有棕色脂肪功能的米色脂肪。在功能上,白色脂肪主要通过脂质的储存和动员以及脂肪因子的分泌来发挥对机体代谢稳态的调节作用,而棕色脂肪和米色脂肪主要通过解偶联蛋白的解偶联作用,消耗能量(脂肪酸和葡萄糖)产热以维持体温。2009年,多个独立的实验室同时报道了,棕色脂肪组织在成人体内也同样存在,在寒冷刺激时,健康成人棕色脂肪对葡萄糖的摄取将升高15倍左右。这个发现使人们意识到,通过增强棕色脂肪的功能,或者刺激白色脂肪棕色化,以提高机体能量消耗,可以作为肥胖及其诱发的代谢性疾病的治疗策略。同时也使棕色脂肪产热功能的调节机制成为研究热点。由于研究者对脂肪产热领域的持续关注,近年来该领域取得了诸多进展。对棕色/米色脂肪的发育来源和形态结构有了更清晰的认识。棕色脂肪功能的调控机制也更加清楚。棕色脂肪的产热功能是高度调控的,包括神经内分泌、激素、转录因子以及饮食代谢状态等水平的调节。这些机制的发现,为棕色脂肪的激活应用于临床抵抗肥胖提供了可能。碳水化合物反应元件结合蛋白(ChREBP)在棕色脂肪组织中高表达,ChREBP有α和β两个亚型。ChREBP-β是活性形式,其表达丰度很低,且受α亚型的转录调控。ChREBP是肝脏、小肠和脂肪组织中糖脂代谢的关键转录调控因子。有文献报道,ChREBP介导了T3和高糖诱导的棕色脂肪产热。还有研究指出,在人类棕色脂肪中,ChREBP-β和Fasn的表达与UCP1表达正相关。这些报道提示ChREBP-β可能在棕色脂肪的激活中起重要作用。但ChREBP调节棕色脂肪产热的直接证据尚不充分,ChREBP通过何种机制影响棕色脂肪产热还没有报道。为了进一步探讨ChREBP-β对脂肪组织功能的调节作用和机制,本课题组利用Cre/Loxp技术,首次构建了ChREBP-β在棕色脂肪和全脂肪组织特异性过表达小鼠,并对其代谢和产热表型进行了系统性研究。主要研究结果可分为以下几个方面。一、脂肪组织中ChREBP-β过表达改善了小鼠的糖脂代谢稳态在本课题中,我们检测了棕色脂肪和全脂肪组织中过表达ChREBP-β后小鼠的代谢表型,发现棕色脂肪中ChREBP-β的过表达对正常饲料和高糖饲料喂养的小鼠代谢稳态没有影响,但是改善了高脂饲料诱导的葡萄糖不耐受。而在全脂肪组织中ChREBP-β的过表达一方面改善了血糖和葡萄糖耐量,另一方面却增加了性腺白色脂肪的比重。二、脂肪组织中ChREBP-β过表达损害了小鼠的寒冷耐受性我们利用急性冷刺激实验,检测小鼠的寒冷耐受性。发现棕色脂肪过表达ChREBP-β的小鼠在4℃暴露两小时后开始出现迅速的体温降低,而这一表型不受性别和年龄因素的影响。提示棕色脂肪中ChREBP-β的过表达导致其冷适应性产热受损。而在全脂肪组织中过表达ChREBP-β后,小鼠同样存在寒冷不耐受的表型,且更为明显。提示白色脂肪中ChREBP-β的过表达损害了其在寒冷应激下的补充产热。高糖和高脂负荷下的脂肪组织ChREBP-β过表达小鼠的体温,较普食喂养小鼠下降更快。三、脂肪组织中ChREBP-β过表达抑制了小鼠棕色脂肪产热为了探讨ChREBP-β过表达导致小鼠寒冷不耐受的机制,我们对脂肪组织产热的各个要素进行了检测。我们发现棕色脂肪中ChREBP-β的过表达,使棕色脂肪呈现出了白色化的表型,如脂滴体积变大、细胞体积变大、线粒体数目的减少以及UCP1和Dio2表达的降低,这些应该是ChREBP-β下调棕色脂肪产热功能的主要机制。线粒体的更新和自噬可使线粒体保持较高的平均活性,我们发现ChREBP-β过表达可抑制棕色脂肪中线粒体的分裂、融合以及自噬相关蛋白的表达,这可能是ChREBP-β过表达抑制棕色脂肪产热的重要机制。另外过表达小鼠棕色脂肪中,脂肪酸β氧化相关基因Cpt1的下调也构成了棕色脂肪产热功能缺陷的部分机制。综上,ChREBP-β过表达通过调节线粒体数目、活性、脂肪酸β氧化相关基因Cpt1、产热相关基因UCP1和Dio2等多个环节抑制了棕色脂肪产热。四、脂肪组织中ChREBP-β过表达抑制了寒冷诱导的脂肪组织重塑在长期冷训练之后,小鼠的棕色脂肪和白色脂肪会发生适应性变化,我们称为棕色脂肪重塑和白色脂肪棕色化。ChREBP-β过表达抑制了长期冷训练诱导的棕色脂肪中UCP1的上调,使其维持了“白色化”的表型。组织学和m RNA检测的结果也提示,ChREBP-β过表达抑制了长期冷训练诱导的白色脂肪棕色化。综上所述,我们的数据可以得到如下的结论:(1)脂肪组织中ChREBP-β可改善小鼠血糖水平和葡萄糖耐受性,改善饮食诱导的代谢紊乱;(2)脂肪组织中ChREBP-β可下调脂肪产热功能,降低小鼠寒冷耐受性;(3)脂肪组织中ChREBP-β过表达抑制了棕色脂肪产热和白色脂肪棕色化;(4)ChREBP-β对脂肪产热的抑制作用至少部分是通过调节产热和脂肪酸β氧化基因表达,以及线粒体数目和功能实现的。