利钠肽受体-C干扰白色脂肪组织中的线粒体呼吸

Natriuretic peptide receptor-C perturbs mitochondrial respiration in white adipose tissue.

作者信息Shi-Jin Li, Jin-Qiu Wei, Yuan-Yuan Kang, Rui-Qi Wang, Wu-Wei Rong, Jia-Jia Zhao, Qian-Wan Deng, Ping-Jin Gao, Xiao-Dong Li, Ji-Guang Wang
PMID39154732
发布时间2024-09
DOI10.1016/j.jlr.2024.100623

实验完整度

包含全身基因敲除小鼠模型、细胞敲低实验、RNA-seq、代谢表型测量及机制验证(AKT/p38通路、NPR-B依赖等)。

主要模型

C57BL/6J小鼠 Npr3基因敲除小鼠 SVF诱导的白色脂肪细胞

重点核对

冷暴露模型条件:8周龄雄性小鼠,4°C处理72小时 HF/HS饮食模型:4周龄雄性小鼠,D12266B饮食14周 AP-811处理:8周龄雄性小鼠,0.4 mg/kg/d腹腔注射7天 SVF细胞敲低模型:shNpr3或shNpr2转染,MOI=20,处理48小时 OCR测量:Seahorse XFe96,使用1μM寡霉素、2μM FCCP、0.5μM抗霉素A/鱼藤酮

摘要

利钠肽受体-C(NPR-C)在脂肪组织中高表达,并调节肥胖相关疾病;然而,其详细机制仍然未知。在本研究中,我们旨在探讨NPR-C在冷暴露和高脂/高糖(HF/HS)饮食诱导的代谢变化中的潜在作用,特别是在调节白色脂肪组织(WAT)线粒体功能方面。我们的研究结果表明,NPR-C的表达,尤其是在附睾WAT(eWAT)中,在冷暴露后降低。全身性Npr3(编码NPR-C蛋白的基因)缺陷导致体重减轻、WAT褐变增加、产热增加,以及线粒体生物发生相关基因表达增强。eWAT的RNA测序显示,Npr3缺陷增强了线粒体呼吸链复合物基因的表达,并在冷暴露反应中促进了线粒体氧化磷酸化。此外,Npr3 KO小鼠能够抵抗HF/HS饮食诱导的肥胖。在基质血管组分(SVF)诱导的白色脂肪细胞中敲低Npr3促进了增殖物激活受体γ共激活因子1α(PGC1α)、解偶联蛋白1(UCP1)和线粒体呼吸链复合物的表达。在机制上,NPR-C以依赖NPR-B的方式抑制cGMP和钙信号,但以不依赖NPR-B的方式抑制cAMP信号。此外,Npr3敲低通过AKT和p38通路激活诱导褐变,而这些激活被Npr2敲低减弱。重要的是,用NPR-C特异性拮抗剂AP-811处理减少了WAT质量并增加了PGC-1α、UCP1和线粒体复合物的表达。我们的研究结果揭示,NPR-C缺陷增强了白色脂肪组织中的线粒体功能和能量消耗,有助于改善代谢健康和抵抗肥胖。

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
NPR-C在冷暴露和HF/HS饮食诱导的代谢变化中如何影响白色脂肪组织的线粒体功能?
核心机制
NPR-C缺陷通过增强NPR-B依赖的cGMP和钙信号,以及不依赖NPR-B的cAMP信号,激活AKT和p38通路,促进PGC1α和UCP1表达,增强线粒体呼吸链复合物表达和氧化磷酸化。
主要证据
Npr3 KO小鼠在冷暴露下eWAT中呼吸链复合物基因和蛋白表达上调,NAD/NADH比值和ATP水平升高;细胞敲低Npr3促进UCP1、PGC1α和线粒体复合物表达,OCR增加;Npr2敲低逆转这些效应。
研究意义
抑制NPR-C信号可能作为治疗肥胖和代谢疾病的潜在靶点。

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

评估NPR-C表达对冷暴露的响应

验证冷暴露是否改变NPR-C在eWAT和sWAT中的表达。

将WT小鼠置于RT或4°C环境72小时,通过qPCR、Western blot和免疫荧光检测NPR-C和UCP1表达。

2

分析Npr3敲除对全身代谢表型的影响

确定NPR-C缺陷是否影响体重、脂肪组织形态和产热基因表达。

比较WT和Npr3 KO小鼠的体重、组织重量、H&E染色、脂肪细胞大小,并通过qPCR、Western blot和免疫荧光检测产热相关基因和蛋白。

3

评估冷暴露下Npr3敲除对线粒体功能的影响

探究NPR-C缺陷在冷暴露下是否增强线粒体生物发生和功能。

对冷暴露后的WT和KO小鼠eWAT进行RNA-seq、qPCR、Western blot、NAD/NADH、ATP和mtDNA测量。

4

分析Npr3敲除对HF/HS饮食诱导肥胖的抵抗作用

验证NPR-C缺陷是否改善饮食诱导的肥胖和代谢紊乱。

用HF/HS饮食喂养WT和KO小鼠14周,监测体重、组织重量、MRI脂肪含量、GTT/ITT、代谢笼和血脂水平。

5

体外验证Npr3敲低对线粒体功能的影响

确定NPR-C在体外对脂肪细胞线粒体功能的作用。

在SVF诱导的白色脂肪细胞中转染shNpr3,检测分化效率、UCP1和线粒体复合物表达、mtDNA含量、TEM和OCR。

6

探究NPR-C调节线粒体功能的信号通路

阐明NPR-C影响线粒体功能所依赖的信号通路。

检测Npr3敲低后AKT和p38磷酸化水平,使用MK2206和SB203580抑制,并共敲低Npr2观察蛋白表达和OCR变化。

7

评估NPR-C拮抗剂AP-811的治疗潜力

验证药理性抑制NPR-C是否模拟Npr3敲除的表型。

体外用AP-811处理SVF细胞检测信号通路;体内给WT小鼠注射AP-811一周,检测WAT重量、组织学、UCP1和线粒体复合物表达。

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
DMEM/F12培养基----
胎牛血清----
II型胶原酶Sigma-Aldrich--
地塞米松----
IBMX----
胰岛素----
CL316,243MCEHY-116771A
MK2206SelleckS1078
SB203580MCEHY-10256
AP-811----
抗NPR-C抗体Santa Cruz Biotechnologysc-515449
抗UCP1抗体Abcamab10983
抗NPR-B抗体AbclonalA19255
抗PGC-1α抗体AbclonalA19674
抗OxPhos鸡尾酒抗体Invitrogen45-8099
抗p-P38抗体CST4511S
抗P38抗体CST8690S
抗p-AKT抗体CST4060S
抗AKT抗体CST4691S
抗α-微管蛋白抗体ProteintechHRP-66031
cAMP ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-0056
cGMP ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-0083
钙离子测定试剂盒BeyotimeS1063S
NADH检测试剂盒Abcamab65348
ATP含量检测试剂盒SolarbioBC0300
NEFA测定试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA042-2-1
全自动生化分析仪Rayto Life and Analytical ScienceChemray 800
甘油三酯测定试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA110-1-1
TRIzol试剂Invitrogen--
Prime Script RT Master Mix试剂盒EZBioscience--
SYBR Premix Ex TaqVazyme--
DNA提取试剂盒VazymeDC102
Illumina NovaSeq 6000Illumina--
Axio Imager M2显微镜Carl Zeiss--
JEM-1400透射电子显微镜JEOL--
Seahorse XFe96分析仪Seahorse Bioscience--

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
动物模型与处理
小鼠品系、性别、年龄、冷暴露条件(温度、时间)、HF/HS饮食配方和持续时间、AP-811剂量和给药途径
阅读提示:见Materials and Methods中的Animals和Metabolic studies部分
细胞培养与分化
SVF分离方法、分化诱导剂浓度、shRNA转染条件和MOI值
阅读提示:见Materials and Methods中的Cell culture部分
线粒体功能检测
OCR测量的药物浓度(oligomycin、FCCP、antimycin A/rotenone)、mtDNA检测引物和内参基因
阅读提示:见Materials and Methods中的Oxygen consumption rate measurements和Mitochondrial number detection部分
信号通路分析
Western blot抗体信息、抑制剂浓度(MK2206、SB203580)、cAMP/cGMP/钙测量方法
阅读提示:见Materials and Methods中的Western blot和Measurement of cAMP, cGMP, and calcium levels部分
测序数据分析
RNA-seq平台、比对参数、参考基因组版本、DEG筛选阈值
阅读提示:见Materials and Methods中的RNA-sequencing and bioinformatics analysis部分