肝细胞特异性β-Klotho介导FGF21及FGF19糖脂代谢调节作用的功能及机理研究

β-Klotho (KLB) is a single-pass transmembrane protein with relatively high abundance in adipose tissue and the liver. In adipose tissue, KLB acts as adaptor protein for FGF receptors to form cell surface receptor complexes, thereby mediating the regulatory effects of FGF21 and FGF19 on the maintenance of metabolic homeostasis. However, the role of hepatocyte-specific KLB on lipid metabolism in the liver and circulating lipid profile has not been explored so far. Previous reports from our group demonstrated that chronic administration of recombinant mouse FGF21 protein exerts protective effects on high fat diet-induced hepatic steatosis and insulin resistance in mice. In light of these previous findings, the research hypothesis of the present project is that hepatocyte-specific KLB plays a crucial role in regulating lipid metabolism. Additionally, it functions as a key mediator for the regulatory role of FGF21 and FGF19 on lipid metabolism in the liver and circulating lipid profile. To test this hypothesis, we employed comprehensive phenotyping strategy in liver-specific KLB knockout mice generated through Cre-Lox recombination technology and mice with adeno-associated virus-mediated KLB overexpression in the liver. In addition, liver-specific KLB knockout mice will be chronically infused with either recombinant FGF21 or FGF19 proteins. The findings in this project will be of significant importance to delineate the potential role(s) of hepatocyte-specific KLB in the regulation of lipid metabolism in the liver and in mediating of metabolic regulatory effect of FGF21 and FGF19.

β-Klotho (KLB)是在脂肪和肝脏高表达的跨膜蛋白，其在脂肪细胞可作为FGF21及FGF19维持糖脂代谢稳态的共同受体。但目前KLB在调节肝脏糖脂代谢中的功能及机理尚不明确。本课题组前期研究结果显示，FGF21可显著改善小鼠肝内脂肪蓄积及胰岛素抵抗；KLB肝脏表达水平在高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型中显著下调。基于上述前期研究结果，本课题研究假设是：KLB对于维持肝脏糖脂代谢稳态发挥重要功能，是介导FGF21及FGF19糖脂代谢调节功能的核心分子。为验证该假设，本项目将利用Cre-lox重组系统产生肝脏特异性KLB敲除小鼠及AAV系统介导KLB肝脏过表达的实验设计；同时，采用肝特异性KLB敲除小鼠结合重组FGF21及FGF19持续灌注的研究策略。研究结果对于揭肝脏特异性KLB在肝脏及全身糖脂代谢，及其在介导FGF21及FGF19的糖脂代谢调节中发挥的功能及机制具有重要科学意义。

Beta-Klotho (KLB)是在脂肪细胞、肝细胞等高丰度表达的跨膜蛋白，其在脂肪细胞可作为代谢激素FGF21维持糖脂代谢稳态的共同受体。但目前脂肪细胞KLB在调节肝脏糖脂代谢稳态及非酒精性脂肪性肝炎的作用及机理尚不明确。本课题聚焦于揭示脂肪细胞来源的KLB调控FGF21-Adiponectin轴介导非酒精性脂肪性肝炎（NASH）及其相关肝纤维化及妊娠相关葡萄糖代谢紊乱的功能和机理。主要研究内容和取得的主要研究进展包括：①. 成功构建脂肪细胞KLB敲除小鼠，以饮食诱导策略建立NASH小鼠模型，发现脂肪细胞KLB敲除小鼠NASH组织病理学特征加重，揭示了脂肪细胞KLB是介导NASH的关键分子；②. 发现脂肪细胞KLB敲除NASH小鼠肝纤维化加重。③. 脂肪细胞β-Klotho敲除NASH小鼠血清脂联素（adiponectin）和FGF21降低，揭示了脂肪细胞KLB在介导FGF21-Adiponectin轴干预NASH中起到关键作用。④. 进一步揭示脂肪细胞KLB介导FGF21调控葡萄糖代谢的作用，本课题以妊娠糖尿病（GDM）这一妊娠期最重要的葡萄糖代谢紊乱为切入点，发现GDM患者皮下白色脂肪 FGF21下游信号发生显著改变；⑤. 利用人源重组FGF21蛋白离体孵育，发现GDM孕妇皮下白色脂肪对FGF21刺激的应答及下游信号激活存在显著障碍。.本课题研究结果揭示了脂肪细胞特异性KLB及FGF21可作为调控肝脏代谢性炎症及妊娠相关葡萄糖代谢紊乱药物研发的2个重要潜在靶点分子。发现了脂肪细胞KLB对于NASH及肝纤维化的保护作用，揭示了NASH及肝纤维化的重要病理生理机制研究；同时，本课题揭示了脂肪细胞KLB及FGF21/Adiponectin 信号轴介导的肝脏-脂肪对话失调在妊娠糖尿病发生发展中的核心机制，为以脂肪细胞KLB、FGF21-Adiponectin轴为潜在靶点研发妊娠期葡萄糖代谢紊乱治疗新策略和创新药物提供了重要基础实验依据。.基于本项目研究结果，发表SCI论文6篇，重要国际学术会议发表会议论文1篇，另有两篇原创性研究论文正在投稿中。研究结果在国内外重要学术会议交流4次；完成硕士学位论文3篇，培养硕士研究生5名。