海洋真菌Aspergillus c1. sp.代谢物激活HSF1/PGC-1α轴,诱导产热程序以治疗肥胖

Marine fungus Aspergillus c1. sp metabolite activates the HSF1/PGC-1α axis, inducing a thermogenic program for treating obesity.

作者信息Yong Rao, Rui Su, Chenyan Wu, Guanyu Yang, Renquan Fu, Junjie Wu, Jinqiang Liang, Jin Liu, Zhongping Jiang, Congjun Xu, Ling Huang
PMID38333010
发布时间2024-01-25
DOI10.3389/fphar.2024.1320040

实验完整度

包含细胞实验(HSF1激活、线粒体功能、CRISPR敲除)和动物实验(DIO模型、GTT/ITT、冷刺激)等多层级验证,并进行了机制验证(ChIP、基因表达)。

主要模型

C3H10-T1/2小鼠间充质干细胞分化的脂肪细胞 饮食诱导肥胖(DIO)小鼠模型

重点核对

HN-001处理浓度和时间(文中未明确说明具体浓度,但图示显示剂量依赖) HSF1 CRISPR敲除效率 小鼠给药剂量(10或20 mg/kg,腹腔注射,隔天一次,持续8周) 动物分组及样本量(每组10只小鼠) 冷耐受试验条件(4°C,4小时)

摘要

背景与目的:肥胖是全球最常见的疾病之一,临床上批准的药物效果不理想。已有报道称激活脂肪组织中的HSF1/PGC-1α轴可诱导小鼠产热,这为肥胖治疗提供了一个有前景的途径。本研究旨在鉴定新的天然HSF1激活剂,并评估新发现化合物对肥胖相关代谢紊乱的治疗效果及其分子机制。方法:使用我们之前报道的HSF1/PGC-1α激活剂筛选系统来鉴定新的天然HSF1激活剂。采用PGC-1α荧光素酶活性、免疫印迹、蛋白核转位、免疫荧光、染色质免疫沉淀实验评估化合物HN-001激活HSF1的活性。在C3H10-T1/2脂肪细胞中,应用线粒体数量测量、TG测定和成像、细胞代谢测定、基因测定和CRISPR/Cas 9研究HN-001的代谢效应。通过进行体重和脂肪量定量、血浆化学分析、GTT、ITT、耐寒试验、产热分析评估HN-001的体内抗肥胖功效和有益的代谢作用。结果:HN-001剂量和时间依赖性地激活HSF1并诱导HSF1核转位,导致其与Pgc-1α基因结合增强。这种改善诱导了脂肪产热激活和线粒体氧化能力增强,从而抑制脂肪细胞成熟。脂肪细胞中HSF1的缺失损害了线粒体氧化,并消除了HN-001的上述有益代谢效应,包括诱导脂肪细胞褐变、改善线粒体生成和氧化能力以及降脂能力。在小鼠中,HN-001治疗有效减轻了饮食诱导的肥胖和代谢紊乱。这些变化与小鼠体温升高和脂肪组织中HSF1/PGC-1α轴的激活有关。在HN-001治疗的小鼠的白色和棕色脂肪组织中,UCP1表达和线粒体生物发生均增加。结论:这些数据表明,HN-001可能通过涉及HSF1/PGC-1α轴的机制增加脂肪组织能量消耗能力,从而具有治疗肥胖相关代谢疾病的潜力,这为开发源于海洋的新型抗肥胖药物提供了新思路。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
海洋真菌Aspergillus c1. sp.代谢物HN-001能否通过激活HSF1/PGC-1α轴诱导产热程序,从而减轻肥胖及相关代谢紊乱?
核心机制
HN-001通过激活HSF1并促进其核转位,增强HSF1与Pgc-1α启动子结合,上调PGC-1α表达,进而诱导线粒体生物发生和氧化磷酸化,促使脂肪细胞褐变和产热,抑制脂肪细胞成熟,减轻肥胖。
主要证据
体外实验显示HN-001剂量和时间依赖性激活HSF1,增加Pgc-1α启动子结合和PGC-1α转录;敲除HSF1消除HN-001的线粒体生成、氧化和降脂效应。体内实验显示HN-001治疗DIO小鼠降低体重和脂肪量,改善葡萄糖耐量和胰岛素敏感性,增加白色和棕色脂肪组织中的UCP1表达和线粒体含量。
研究意义
HN-001作为从海洋真菌中分离的天然HSF1/PGC-1α轴激活剂,通过增加脂肪组织能量消耗来治疗肥胖,为开发源于海洋的新型抗肥胖药物提供了新途径。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

筛选和鉴定HN-001作为HSF1激活剂

从海洋来源化合物库中鉴定新的HSF1激活剂

利用之前建立的HSEs/HSEDel-PGC-1α-荧光素酶筛选系统对海洋化合物库进行筛选,获得阳性化合物HN-001。

2

验证HN-001对HSF1的激活效应

验证HN-001在脂肪细胞中能否激活HSF1及下游PGC-1α的转录

通过免疫印迹检测HSF1蛋白水平和Ser326磷酸化;通过亚细胞分离检测核转位;通过ChIP检测HSF1与Pgc-1α启动子结合;通过荧光素酶报告基因和qRT-PCR检测PGC-1α转录水平。

3

评估HN-001对脂肪细胞代谢的影响

明确HN-001是否影响线粒体数量、氧化能力及脂质积累

测定线粒体DNA拷贝数、Mito-Tracker染色、Seahorse细胞代谢分析(OCR)、细胞内TG含量和甘油释放,以及相关基因和蛋白表达。

4

敲除HSF1验证机制

检测HSF1缺失是否阻断HN-001的有益代谢效应,以证明HSF1依赖

使用CRISPR/Cas9敲除C3H10-T1/2细胞中的HSF1,然后分析线粒体数量、TG含量、基因表达和蛋白水平。

5

评估HN-001在肥胖小鼠中的抗肥胖效应

测试HN-001是否减轻饮食诱导的肥胖及改善代谢参数

将DIO小鼠随机分组,腹腔注射HN-001或溶剂,监测体重、食物摄入、血浆生化指标、GTT和ITT。

6

评估HN-001对产热和能量消耗的影响

测试HN-001是否增强小鼠产热和能量消耗

测定粪便脂质排泄、能量储存效率、肩胛温度、冷耐受试验中的体温变化,以及脂肪组织中的产热标志物。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
双荧光素酶报告基因检测系统PromegaE2910
HSF1抗体Biossbs-3757R
p-HSF1 Ser326抗体Abcamab76076
UCP1抗体Abcamab234430
PGC-1α抗体AffinityAF5395
CPT-1β抗体Abcamab134988
p-LKB1 Ser431抗体Santa Cruzsc-271924
p-AMPKα Thr172抗体AffinityAF3423
FASN抗体AffinityDF6106
ACC抗体AffinityAF6421
旋转切片机LeicaGermany
柠檬酸盐缓冲液Thermo Scientific005000
IHC封闭缓冲液Thermo Scientific00-4953-54
山羊抗兔IgG HRP偶联物Thermo Scientific65-6120
DAB底物ThermoFisher ScientificSK34065
封片剂Vector LaboratoriesH-5000
ChIP试剂盒ThermoFisher Scientific26157
ChIP用HSF1抗体Abcamab26757
正常兔IgGCell Signaling Technology6990
DNeasy血液和组织试剂盒----
Hoechst 33342----
MitoTrackerThermo Scientific--
甘油三酯测定试剂盒Roche20767107322
尼罗红----
Seahorse XFpro细胞外通量分析仪Seahorse Bioscience--
DharmaFECT Duo转染试剂HorizonT-2010-02
TRIzolInvitrogen15596018
C57BL/6J小鼠YanCheng BioTech Co., Ltd.--
GraphPad PrismGraphPad Software Inc.--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
HN-001制备和给药
HN-001纯度>95%,腹腔注射剂量10或20 mg/kg,隔天一次,共8周
阅读提示:见Methods中的'Animal study'部分
细胞培养和处理
C3H10-T1/2细胞,HN-001处理浓度和时间(剂量依赖和时间依赖,具体浓度文中未明确说明)
阅读提示:见Results部分和图1、2的图例
HSF1敲除
CRISPR/Cas9转染条件(Cas9质粒3 μg/2×10^5细胞,HSF1 crRNA/tracrRNA,DharmaFECT Duo试剂)
阅读提示:见Methods中的'Cas9/CRISPR'部分
动物模型建立
8周龄雄性C57BL/6J小鼠,HFC饮食喂养12周诱导肥胖
阅读提示:见Methods中的'Animal study'部分
代谢参数评估
GTT:禁食6小时,葡萄糖2 g/kg i.p.;ITT:禁食6小时,胰岛素0.6 U/只;冷耐受试验:4°C暴露4小时
阅读提示:见Methods中的'GTT and ITT assay'和'Cold tolerance test'部分