干货分享

肥胖人士的福音!Cell Metab:代谢顶刊揭示脂肪炎症新机制

夏天就要到了,“减肥”又成了大家的重要话题。高热量饮食会导致白色脂肪(WAT)在全身各处(皮下、腹部、内脏器官周围等)贮存,从而形成肥胖。现代医学发现,肥胖是一种代谢性疾病,同时也是一种慢性炎症状态,其中脂肪组织是炎症反应的始动环节。但是肥胖相关代谢性疾病与白色脂肪炎症之间的联系仍不清楚。

为帮助肥胖人士生活的更健康,今年2月,来自瑞典卡罗林斯卡(Karolinska)学院和牛津大学的研究团队,在《Cell Metabolism》(IF=22.415)在线发表名为“Glutamine Links Obesity to Inflammation in Human White Adipose Tissue”的研究论文。作者推测WAT产生的某些代谢物可能是肥胖和WAT炎症的重要关联因素,并利用非靶向代谢组学及修饰蛋白组学等策略进行分析,发现谷氨酰胺在肥胖人群中下调,且与不良WAT表型相关。

image.png

研究材料与组学技术

实验材料:52名肥胖+29名非肥胖妇女皮下WAT活检样本、体外分化脂肪细胞/WAT中分离的主要细胞 + 不同浓度谷氨酰胺、小鼠附睾WAT (正常饮食/高脂饮食) + 注射PBS/谷氨酰胺

组学技术方法:非靶向代谢组、O-GlcNAc修饰蛋白组

技术路线图

image.png

研究材料与组学技术

01 非靶向代谢组学筛选关键代谢物

首先,作者对52名肥胖和29名非肥胖妇女腹部皮下WAT释放的代谢物进行非靶向代谢组学技术分析,发现肥胖个体WAT组织中谷氨酰胺含量显著降低。接着,作者检测了两组中编码谷氨酰胺调节蛋白 (酶和转运蛋白) 的基因表达,发现在13个显著差异表达基因中GLUL变化最明显 (在肥胖组中降低)。上述结果提示,肥胖和非肥胖群体中谷氨酰胺合成酶表达变化导致了WAT谷氨酰胺含量差异。

image.png

02 提出问题:谷氨酰胺在白色脂肪组织中的作用?

作者对GLUL相关的基因进行了蛋白功能注释(GO分析),发现GLUL表达量与脂质和碳水化合物代谢过程呈正相关,而与炎症过程和组织重塑呈负相关。此外,GLUL与促炎细胞因子和趋化因子分泌呈负相关 (C-C趋化因子配体2 (CCL2)、白介素6 (IL6) 和肿瘤坏死因子 (TNFα))。

image.png

03 功能验证1:谷氨酰胺是否影响WAT炎症?

作者利用谷氨酰胺/PBS腹腔注射正常饮食/高脂饮食小鼠,并分析附睾WAT促炎基因表达水平。与PBS对照组相比,谷氨酰胺处理组小鼠促炎基因(Ccl2、Cd68和Emr1)表达降低、抗炎因子脂联素(Adipoq)表达增加。

image.png

考虑到小鼠和人的背景差异,作者使用不同浓度谷氨酰胺培养人体外分化的脂肪细胞,发现CCL2、IL1B和IL6随谷氨酰胺浓度升高而降低,并在蛋白层面得到验证。进一步,作者分离了人WAT中主要细胞,并分别使用高、低浓度谷氨酰胺培养48 h。结果发现高浓度谷氨酰胺在巨噬细胞、T细胞和成熟的脂肪细胞中均产生抗炎作用。上述结果表明谷氨酰胺可抑制脂肪组织中促炎因子表达。

image.png

04 功能验证2:谷氨酰胺是否影响脂肪细胞糖酵解过程?

众所周知,谷氨酰胺可通过转化为谷氨酸盐以及α-酮戊二酸来促进柠檬酸循环。作者发现,高浓度谷氨酰胺降低细胞糖酵解速率,促使细胞利用谷氨酰胺作为能量来源。此外,脂肪细胞中促炎基因(IL 1B和IL6)表达呈葡萄糖依赖型增加,进一步证实糖酵解减弱会影响促炎基因表达。由此可知,谷氨酰胺通过减弱糖酵解从而减轻炎症过程。

image.png

05 机制探索1:谷氨酰胺调控核蛋白O-GlcNAc修饰

作者比较了WAT组织样本和高低浓度谷氨酰胺处理细胞的非靶向代谢组学结果,发现UDP-N-乙酰基葡萄糖胺(UDP-GlcNAc)在体内、外变化一致。UDP-GlcNAc是O-GlcNAc转移酶 (OGT)的唯一底物,该酶可催化丝氨酸或苏氨酸残基发生O-GlcNAc修饰,该过程已被文献证实与鼠脂肪细胞系的炎症调节有关。此外,作者进一步发现O-GlcNAc修饰在肥胖个体WAT组织中较高、在注射谷氨酰胺正常饮食/高脂饮食小鼠体内较低。

image.png

06 机制探索2:谷氨酰胺通过O-GlcNAc修饰调节炎症过程(IL6和IL1B)

作者敲减人脂肪细胞中O-GlcNAc转移酶 (OGT),分别在高、低浓度谷氨酰胺条件下培养。结果发现高浓度谷氨酰胺可以减少促炎因子基因及蛋白表达;进一步加入去O-GlcNAc抑制剂后,发现IL1B和IL6表达在高浓度谷氨酰胺培养条件下增加。上述研究结果表明谷氨酰胺通过调控O-GlcNAc修饰从而减弱特定促炎基因表达。

image.png

小编总结

image.png

作者针对肥胖这一代谢性疾病,首先对临床样本 (肥胖和非肥胖个体WAT) 进行代谢组学分析,发现谷氨酰胺代谢在肥胖个体WAT中发生显著变化,并且与不良WAT表型相关。接着,作者分别利用动物模型(正常/高脂小鼠)体外细胞共同证实谷氨酰胺可影响糖酵解过程,刺激核蛋白O-GlcNAc修饰,从而影响炎症反应。

不过,谷氨酰胺不仅帮助减肥,也是癌症细胞非常喜欢的一种氨基酸。因此,在确定其作为膳食补充剂帮助治疗肥胖相关疾病之前,仍需要对其长期副作用进行大量研究。


(0)

本文由 生物知识学习 作者:来源互联网 发表,转载请注明来源!

热评文章

发表评论