WAT-to-BAT通讯促进冷暴露期间BAT产热的持续激活

《Cell Discovery》：WAT-to-BAT communication facilitates the sustained activation of BAT thermogenesis during cold exposure

　　

研究人员揭示，可溶性ST2（soluble ST2, sST2）介导白色脂肪组织（white adipose tissue, WAT）至棕色脂肪组织（brown adipose tissue, BAT）的内分泌信号通路，该通路在冷暴露期间对BAT的持续激活至关重要。特异性敲除sST2会阻断BAT去神经支配后的替代性产热反应，并使小鼠在长期冷暴露中表现出冷敏感性。机制研究表明，sST2由附睾白色脂肪组织（epididymal white adipose tissue, eWAT）在β1与β2肾上腺素受体（β1- and β2-adrenergic receptors, β1/β2-AR）信号驱动下经cAMP应答元件结合蛋白1（cAMP responsive element binding protein 1, Creb1）诱导并分泌。分泌的sST2可直接结合BAT上的β3肾上腺素受体（β3-adrenergic receptor, ADRB3），并与去甲肾上腺素（norepinephrine, NE）协同作用，在不依赖白细胞介素33（interleukin-33, IL-33）的情况下诱导BAT产热。此外，补充sST2可促进米色脂肪形成。本研究阐明了源自eWAT的脂肪因子sST2通过整合神经与体液信号维持冷暴露期间BAT持续激活的新机制，且sST2可与β3-AR激动剂产生协同效应以增强BAT激活。

研究背景与意义

冷暴露期间，棕色脂肪组织（BAT）的产热激活是维持体温的核心生理机制之一，但BAT在长期冷刺激下的持续激活机制尚未完全阐明。现有研究多集中于交感神经系统释放的去甲肾上腺素（NE）通过β3肾上腺素受体（ADRB3）快速激活BAT的经典通路，而对冷暴露后期NE水平下降后BAT仍能维持产热的代偿机制了解有限。此外，白色脂肪组织（WAT）作为重要的内分泌器官，其在冷应激中对BAT的调控作用尚不明确。本研究由研究人员发表于《Cell Discovery》，首次揭示了WAT来源的脂肪因子可溶性ST2（sST2）通过内分泌方式介导WAT-to-BAT通讯，整合神经与体液信号以维持冷暴露期间BAT的持续产热，并发现其与β3-AR激动剂的协同效应，为代谢性疾病治疗提供了新靶点。

主要技术方法

研究采用10周龄雄性C57BL/6J小鼠构建冷暴露模型（4℃或10℃）、BAT去神经支配模型及eWAT切除模型；通过CRISPR/Cas9技术构建sST2单敲除及sST2/IL-33双敲除小鼠；利用腺相关病毒（AAV）实现sST2过表达；结合血浆蛋白质组学筛选差异分泌因子；采用免疫共沉淀（Co-IP）、切割靶向及标记测序（CUT&Tag）、荧光共定位验证分子互作；通过代谢笼监测能量消耗；分离原代棕色前脂肪细胞及人脂肪组织外植体进行体外功能验证；临床样本来自上海胸科医院接受β受体阻滞剂治疗的心血管疾病患者及脂肪手术患者。

研究结果

冷暴露期间BAT去神经后存在不依赖NE的替代性产热机制

研究人员发现，冷暴露初期BAT内NE水平短暂升高后持续下降，但BAT产热基因（如Ucp1、Elovl3）表达及磷酸化PKA底物、激素敏感脂肪酶（HSL）水平仍持续上升。BAT去神经后，小鼠在温和冷环境（10℃）中仍能维持体温及BAT产热活性，表明存在非NE依赖的代偿通路。

冷诱导eWAT分泌sST2增强BAT β-肾上腺素信号

血浆蛋白质组学筛选鉴定出sST2为关键候选因子。冷暴露及异丙肾上腺素（ISO）处理均显著上调eWAT中sST2的表达与分泌，且该效应依赖于β1/β2-AR而非ADRB3。人内脏脂肪组织中，sST2同样在成熟脂肪细胞中高表达并被ISO诱导。重组sST2可直接激活小鼠BAT细胞及人皮下脂肪外植体的β-肾上腺素信号，表现为磷酸化PKA底物及HSL水平升高。

β1/β2-AR-Creb1通路转录调控sST2表达

机制研究表明，β1/β2-AR激活后，cAMP应答元件结合蛋白1（Creb1）被磷酸化并直接结合sST2启动子区的两个保守基序（-3445 bp至-3437 bp及-3422 bp至-3414 bp），从而转录激活sST2表达。使用Creb1抑制剂或敲低Creb1均可阻断ISO诱导的sST2表达。

sST2缺失损害冷暴露期间BAT的持续产热

sST2特异性敲除小鼠在BAT去神经后冷暴露时出现严重低温，BAT线粒体结构受损、产热基因表达下降、能量消耗降低，且血浆非酯化脂肪酸（NEFA）水平降低、甘油三酯（TG）水平升高。在正常冷暴露后期（NE水平下降阶段），sST2敲除小鼠亦表现出体温下降及BAT产热抑制，证实sST2对长期冷应激下BAT功能维持至关重要。

sST2通过不依赖IL-33的方式结合ADRB3激活BAT产热

sST2缺失不影响血浆IL-33水平，且sST2/IL-33双敲除小鼠的冷敏感表型与sST2单敲除小鼠一致。免疫共沉淀与荧光共定位显示，sST2可直接结合ADRB1、ADRB2及ADRB3，其中与ADRB3结合最强。β-AR拮抗剂可阻断sST2对BAT产热的促进作用，而ADRB3选择性激动剂可逆转sST2缺失导致的产热缺陷。

sST2过表达促进米色脂肪形成且与β3-AR激动剂协同

在IL-33敲除背景下，sST2过表达仍可完全逆转冷不耐受表型，并促进腹股沟白色脂肪组织（iWAT）米色化。体外实验表明，sST2处理可增加C3H10T1/2细胞线粒体质量及呼吸速率，并与CL316,243（小鼠ADRB3激动剂）或米拉贝隆（mirabegron，人ADRB3激动剂）协同增强人和小鼠脂肪组织的产热基因表达。sST2过表达对心脏功能无显著影响。

讨论与结论

本研究首次阐明冷暴露期间WAT-to-BAT通讯的分子机制：当BAT内NE水平下降时，eWAT通过β1/β2-AR-Creb1通路上调sST2表达并分泌入血，sST2作为新型体液配体直接结合BAT上的ADRB3，不依赖IL-33信号持续激活β-肾上腺素通路以维持产热。该机制填补了冷适应中后期神经-体液协同调控BAT的理论空白。此外，sST2与β3-AR激动剂的协同效应可在降低激动剂剂量的同时增强产热，减少心血管副作用风险，为肥胖及相关代谢疾病的干预提供了新策略。研究同时指出，sST2在病理代谢状态下的作用仍需在糖尿病等动物模型中进一步验证。