11β-HSD1在白色脂肪组织棕色化过程中的作用及其调控机制研究

The occurrence of obesity is closely related to excessive differentiation of white adipose tissue and the lack of brown adipose tissue. Recently 11β-hydroxysteroid dehydrogenase type 1 (11β-HSD1) was discovered stimulating white adipocytes differentiation through activation of glucocorticoids, while rare reports discussed this enzyme in the brown adipocytes differentiation, especially molecular mechanism in the process of white adipocytes swithching into brown adipocytes. With the former National Natural Science Foundation of China(No. 81270948), inhibition of the enzyme in white adipose tissue of high-fat diet induced obesity mice could significantly reduce body fat mass and promote the expression of UCP1 gene, so that the white adipose tissue resembled characteristics of brown adipose tissue. Thus we hypothesize that 11β-HSD1 through activation of glucocorticoid regulates direction of adipocytes differentiation, inhibition of the enzyme attenuates white adipocytes differentiation, and initiates β3-AR-cAMP-PKA browing signalling pathway, increases energy expenditure, reduces obesity. To verify this hypothesis, we will use mice and cell models through adenovirus overexpression and RNA interference technical methods, from molecular, cellular and the overall multi-level to explore the role of this enzyme in adipocyte differentiation, clarify its molecular mechanism as a intervention target in the process of adipocytes browning. We will provide novel insight into obesit from white adipocytes browning, and provide new way for preventing obesity.

肥胖发生与白色脂肪过度分化和棕色脂肪缺乏密切相关。I型11β羟基类固醇脱氢酶（11β-HSD1）通过活化糖皮质激素参与白色脂肪细胞分化，但该酶在棕色脂肪细胞分化，特别是白色脂肪组织棕色化过程中的分子机制鲜有报道。在前国自然资助下发现，在高脂饮食诱导的肥胖小鼠中抑制该酶在白色脂肪组织内的表达，可以显著降低体脂含量，并诱导白色脂肪组织特异性表达UCP1等基因，使白色脂肪呈现棕色脂肪特征。据此提出假说：11β-HSD1通过活化糖皮质激素调控脂肪细胞分化方向，抑制该酶使白色脂肪分化受阻，启动β3-AR-cAMP-PKA棕色化信号通路，增加耗能，缓解肥胖。本课题拟利用小鼠和细胞模型，应用过表达和RNA 干扰等技术手段，从分子、细胞、动物等多层次明确该酶在脂肪细胞分化中的作用，阐明其作为干预靶点在白色脂肪棕色化过程中的作用机制。本课题将从白色脂肪棕色化新视角探讨肥胖的发生机制，为肥胖防治提供新思路。

肥胖发生与白色脂肪过度分化和棕色脂肪缺乏密切相关。I型11β羟基类固醇脱氢酶（11β-HSD1）通过活化糖皮质激素参与白色脂肪细胞分化，但该酶在棕色脂肪细胞分化，特别是白色脂肪组织棕色化过程中的分子机制鲜有报道。为深入研究其作用机制，我们分别采用冷刺激处理和β3肾上腺素受体激动剂（CL316,243）腹腔注射8周龄雄性小鼠建立白色脂肪组织棕色化模型，研究结果表明，两种模型的摄食量都显著增加，但体重没有升高，CL316,243处理的小鼠体重在7天时显著降低；棕色脂肪组织（BAT）的质量增加，与体质量和在脂肪组织中的比重都明显增加，附睾白色脂肪组织（eWAT）质量减少，在脂肪组织中的比例降低，皮下白色脂肪组织（sWAT）质量增加；形态学分析和H&E染色的结果也进一步证实，BAT经过诱导后细胞脂滴变小，sWAT也呈现类似BAT特征，脂滴变小，而eWAT变化不显著；蛋白质免疫印迹分析表明，随着冷刺激时间的延长UCP1的表达在sWAT中表达逐渐升高，免疫组化的结果也进一步肯定上述结果。与此同时11β-HSD1在和糖皮质激素受体（GR），在冷刺激24h后应激性表达升高，后逐渐降低，直至冷刺激7天后显著低于对照组。CL316,243处理组，11β-HSD1和GR的表达水平也显著低于对照组。为了进一步深入研究其分子机制，我们采用RNA-seq技术，测定了miRNA和tsRNA（tRNA衍生的小RNA）的表达谱的热图分析，火山图分析，GO分析和KEGG 通路分析，在我们的模型中发现了一些已经发表的miRNA，如miR-455，miR-203，miRNA-193和miR-155等，同时我们也发现了大量的从未见报到的miRNA。tsRNA是一类全新的非编码RNA在两个模型中，在冷刺激模型上，上调的有117条，下调的有114条，CL316,243诱导的模型中，上调的有67条，下调的有62条，两种模型上调的交集有31条，下调的交集有40条。这些结果充分说明GR和11β-HSD1参与了皮下白色脂肪组织棕色化过程，该过程通过miRNA和tsRNA介导共同参与其调控，这为进一步研究非编码RNA在白色脂肪棕色化过程中的作用奠定了基础，为肥胖防治提供新思路。