脂肪组织巨噬细胞通过调控局部铁浓度发挥系统性代谢控制作用

Adipose tissue macrophages exert systemic metabolic control by manipulating local iron concentrations

作者信息Nolwenn Joffin, Christy M Gliniak, Jan-Bernd Funcke, Vivian A Paschoal, Clair Crewe, Shiuhwei Chen, Ruth Gordillo, Christine M Kusminski, Da Young Oh, Werner J Geldenhuys, Philipp E Scherer
PMID36329217
期刊Nat Metab
发布时间2022-11
DOI10.1038/s42255-022-00664-z

实验完整度

研究包含转基因小鼠模型、细胞共培养、脂肪移植及多种代谢表型检测,并进行了功能验证与机制探讨。

主要模型

C57BL/6J小鼠 Mac-MitoNEETTG转基因小鼠 Mac-FtmtTG转基因小鼠 Mac-MitoNEETKO转基因小鼠

重点核对

转基因小鼠模型构建及DOX诱导表达验证 巨噬细胞线粒体铁含量变化的检测(ICP-MS和LIP测定) 高脂饮食诱导的肥胖和代谢紊乱表型分析 脂肪移植实验验证局部巨噬细胞铁含量的系统性影响

摘要

Iron is essential to many fundamental biological processes, but its cellular compartmentalization and concentration must be tightly controlled. Although iron overload can contribute to obesity-associated metabolic deterioration, the subcellular localization and accumulation of iron in adipose tissue macrophages is largely unknown. Here, we show that macrophage mitochondrial iron levels control systemic metabolism in male mice by altering adipocyte iron concentrations. Using various transgenic mouse models to manipulate the macrophage mitochondrial matrix iron content in an inducible fashion, we demonstrate that lowering macrophage mitochondrial matrix iron increases numbers of M2-like macrophages in adipose tissue, lowers iron levels in adipocytes, attenuates inflammation and protects from high-fat-diet-induced metabolic deterioration. Conversely, elevating macrophage mitochondrial matrix iron increases M1-like macrophages and iron levels in adipocytes, exacerbates inflammation and worsens high-fat-diet-induced metabolic dysfunction. These phenotypes are robustly reproduced by transplantation of a small amount of fat from transgenic to wild-type mice. Taken together, we identify macrophage mitochondrial iron levels as a crucial determinant of systemic metabolic homeostasis in mice.

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
脂肪组织巨噬细胞线粒体铁含量如何调节脂肪细胞铁代谢及全身代谢稳态?
核心机制
巨噬细胞线粒体铁含量通过改变其M1/M2极化状态,影响脂肪细胞铁含量、炎症和胰岛素敏感性,从而调控全身代谢。
主要证据
利用三种转基因小鼠模型,通过操纵巨噬细胞线粒体铁含量,观察到脂肪细胞铁含量、炎症反应和代谢表型的相反变化;脂肪移植实验进一步验证了局部巨噬细胞铁含量的系统性影响。
研究意义
靶向巨噬细胞线粒体铁含量可能成为治疗肥胖和2型糖尿病的新策略。

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

检测肥胖对巨噬细胞和脂肪细胞铁含量的影响

明确肥胖状态下脂肪组织巨噬细胞和脂肪细胞中铁含量的变化

通过ICP-MS和LIP测定,比较正常饮食和高脂饮食小鼠巨噬细胞和脂肪细胞的总铁含量和游离铁水平,并分析铁代谢相关基因表达。

2

构建并验证可诱导的巨噬细胞特异性转基因小鼠模型

验证MitoNEET和FTMT过表达对巨噬细胞线粒体铁含量的影响

通过Csf1r-rtTA与TRE-MitoNEET或TRE-Ftmt杂交,构建可诱导的巨噬细胞特异性过表达模型,并通过DOX喂养诱导表达,验证线粒体铁含量和相关代谢变化。

3

评估巨噬细胞线粒体铁含量对炎症表型的影响

探索巨噬细胞线粒体铁含量对其炎症极化的作用

通过分析炎症标志物基因表达和流式细胞术检测巨噬细胞亚群,比较MitoNEET和FTMT过表达后巨噬细胞炎症表型的差异。

4

研究巨噬细胞线粒体铁含量对脂肪细胞铁代谢的影响

探究巨噬细胞线粒体铁水平如何影响脂肪细胞的铁含量和代谢

在高脂饮食喂养下,检测巨噬细胞和脂肪细胞中铁含量及相关基因表达,并通过条件培养基实验验证分泌因子的作用。

5

评估巨噬细胞线粒体铁含量对系统性代谢的影响

明确巨噬细胞线粒体铁水平对全身代谢表型的作用

通过长期高脂饮食喂养转基因小鼠,监测体重、葡萄糖耐量、胰岛素敏感性、组织学变化及血清学指标,评估代谢效应。

6

验证脂肪组织巨噬细胞在系统性代谢调控中的局部作用

确认巨噬细胞线粒体铁含量的效应主要源于脂肪组织局部而非其他组织

通过将转基因或对照小鼠的eWAT移植到野生型小鼠,观察受体小鼠代谢表型的变化,证明脂肪组织局部巨噬细胞的作用。

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
Csf1r-rtTA小鼠----
TRE-MitoNEET小鼠----
TRE-Ftmt小鼠----
TRE-Cre小鼠JAX006234
多西环素饮食Bio-ServS4107
高脂饮食Research DietsD12492
含多西环素的高脂饮食Bio-ServS7067
标准啮齿动物饲料LabDiet5058
EchoMRI-100体成分分析仪EchoMRI--
英脱利匹特Sigma-Aldrich--
Infinity甘油三酯试剂Thermo Fisher Scientific--
超灵敏小鼠胰岛素ELISA试剂盒Crystal Chem90080
TSE Phenomaster代谢笼TSE Systems--
优泌林R----
RNAqueous-Micro总RNA提取试剂盒Thermo Fisher Scientific--
NanoDrop分光光度计Thermo Fisher Scientific--
iScript cDNA合成试剂盒Bio-Rad--
PowerUp SYBR Green预混液Thermo Fisher Scientific--
QuantStudio 6 Flex实时荧光定量PCR系统Thermo Fisher Scientific--
胶原酶DRoche--
红细胞裂解液Sigma-Aldrich--
LSRFortessa SORP流式细胞仪BD Biosciences--
FACS Aria Fusion流式细胞分选仪BD Biosciences--
纯化大鼠抗小鼠CD16/CD32 FC Block克隆2.4G2BD Biosciences553142
FITC标记CD45抗体克隆30-F11BD Biosciences553080
FITC标记CD31抗体克隆390BD Biosciences558738
PE-CF594标记抗F4/80抗体克隆T45-2342BD Biosciences565613
BB700标记抗CD11b抗体克隆M1/70BD Biosciences566417
BV421标记抗CD11c抗体克隆N418BD Biosciences565452
Alexa Fluor 647标记抗CD206抗体克隆MR5D3BD Biosciences565250
BD Cytofix固定液BD Biosciences--
DMEM/F12培养基Thermo Fisher Scientific--
胎牛血清Merck Millipore--
青霉素-链霉素Thermo Fisher Scientific--
庆大霉素Thermo Fisher Scientific--
3-异丁基-1-甲基黄嘌呤----
地塞米松----
胰岛素----
柠檬酸铁铵(FAC)----
去铁胺(DFO)----
QuantiChrom铁检测试剂盒BioAssay Systems--
安捷伦Seahorse XFe24细胞外通量分析仪Agilent--
安捷伦Seahorse XF24细胞培养微孔板Agilent--
Seahorse XF校准液Agilent--
安捷伦Seahorse XF RPMI培养基Agilent--
GlutaMAX添加剂Thermo Fisher Scientific--
寡霉素----
FCCP----
鱼藤酮----
2-脱氧葡萄糖(2-DG)----
RIPA裂解液----
蛋白酶抑制剂(Pierce)Thermo Fisher Scientific--
Pierce BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific--
Novex 4-12% Bis-Tris凝胶Thermo Fisher Scientific--
Bio-Rad Trans-Blot Turbo转印系统Bio-Rad--
兔多克隆抗小鼠MitoNEET抗体自制--
抗OXPHOS啮齿动物抗体混合物Abcamab110413
抗CD163抗体Abcam182422
抗CD91抗体赠品--
抗抑制素抗体-线粒体标志物Abcamab28172
单克隆抗β-肌动蛋白抗体Sigma-AldrichA5441
FtMT/线粒体铁蛋白SigmaSAB2700108
抗铁转运蛋白抗体Novus BiologicalsNBP1-21502
甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)抗体Cell Signaling Technology5174
FTH1/铁蛋白重链抗体Cell Signaling Technology4393S
IR-Dye 800CW驴抗兔二抗Li-Cor92632213
IR-Dye 800CW山羊抗小鼠二抗Li-Cor92632210
IR-Dye 680RD驴抗小鼠二抗Li-Cor92668072
Li-Cor Odyssey成像系统Li-Cor Bioscience--
Amicon Ultra 0.5 ml离心过滤器Millipore/Sigma--
EZ-Link酰肼-生物素----
链霉亲和素磁珠Thermo Fisher Scientific--
Prism 7.04统计软件GraphPad Software--

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
小鼠品系、年龄、性别、基因型、诱导方式
阅读提示:Methods: Mouse models
饮食处理
饮食类型(chow/HFD)、DOX浓度、饮食持续时间
阅读提示:Methods: Mouse models
铁含量测定
ICP-MS、LIP测定方法、样品处理
阅读提示:Methods: Iron measurements
代谢表型分析
OGTT、ITT、TG清除、代谢笼参数
阅读提示:Methods: Oral glucose tolerance test etc.
体外实验
细胞类型、处理条件(FAC、DFO浓度)、时间
阅读提示:Methods: Stromal-vascular fraction cell culture etc.