責編丨昕
#肥胖#
肥胖症及其相關的代謝性疾病已經成為困擾全球的流行性疾病，通過誘導白色脂肪的棕色化，增加體內過量脂肪的「燃燒」，可以有效控制肥胖及其相關疾病。發現特異的誘導脂肪細胞棕色化的活性小分子和作用靶標，不但可以推動「使用藥物治療通過提高能源動員而成功治療肥胖」的臨床藥物研發，而且利用小分子探針，通過化學生物學等學科手段鑑定相應的作用靶標，可以揭示新的調控脂肪棕色化的內在分子機制。
2020年5月14日，復旦大學基礎醫學院黨永軍研究團隊通過與復旦大學基礎醫學院湯其群教授團隊、中科院有機所俞飆研究員、中科院藥物所羅成研究員團隊合作，在Protein & Cell上發表題為Ethacrynic acid targets GSTM1 to ameliorate obesity by promoting browning of white adipocytes的研究論文【1】。
該研究表明依他尼酸（Ethacrynic acid, EA）（利尿酸，EDECRIN）和雷公藤紅素（celastrol, cela）可以通過促進白色脂肪棕色化來改善由高脂飲食誘導的小鼠體重增加、脂質累積以及相關代謝失調。其中EA和cela通過直接靶向穀胱甘肽巰基轉移酶M1（Glutathione S-transferase M1，GSTM1），破壞GSTM1與細胞凋亡信號調節激酶1（Apoptosis signal-regulating kinase 1，ASK1）的互作，從而激活ASK1及其下遊信號通路，進而促進解偶聯蛋白1（Uncoupling protein 1，UCP1）的表達，促進白色脂肪發生棕色化。
肥胖症會引發多種慢性代謝性疾病如高血壓、II型糖尿病、脂肪肝等，甚至會增加癌症的患病風險。抗肥胖及相關代謝性疾病的藥物主要是通過減少機體能量攝取或抑制食慾來發揮作用。然而，許多藥物由於作用靶標及相關分子生物學機制尚不清楚，在應用過程中存在治療效果弱、副作用強、特異性差等棘手問題。
目前已知存在於哺乳動物中的脂肪組織共分為三類：白色脂肪(White adipose tissue, WAT)、棕色脂肪(Brown adipose tissue, BAT)及米色脂肪(Beige adipocytes)。白色脂肪主要負責存儲機體過剩的熱量，棕色脂肪則藉助線粒UCP1的解偶聯作用將三大營養物質代謝產生的化學能以熱能的形式釋放出來。當交感神經處於興奮狀態，如機體處於低溫環境中或運動狀態，體內的白色脂肪組織會發生棕色化（又稱為米色化），這個過程主要是由UCP1介導【2】。產熱性的脂肪組織包括棕色脂肪和米色脂肪可以被激活，這對於機體維持自身的代謝穩態十分重要。誘導機體白色脂肪發生棕色化是目前治療肥胖症及其伴隨的慢性代謝失調的一個新方向【3】。
該論文研究表明，在高脂飲食誘導的小鼠肥胖模型中，腹腔注射EA或cela可使小鼠體重增長顯著變慢；小鼠白色脂肪體積顯著變小；其葡萄糖耐受、胰島素耐受情況以及血液相關生化指標如血糖、甘油三酯等均有明顯改善。另外，實驗組小鼠的氧耗量及能量消耗增加明顯；iWAT中的脂質累積降低，UCP1的表達水平增加。EA及cela可以通過促進小鼠白色脂肪棕色化來改善高脂飲食誘導的肥胖及代謝失衡。並排除了EA並不通過利尿來發揮作用。
研究進一步利用分子探針，發現並確證了雷公藤紅素和EA均直接結合靶蛋白GSTM1。並通過與復旦大學生命科學院丁澦副教授團隊合作，解析了雷公藤紅素和GSTM1同源蛋白GSTP1的晶體結構，構建了雷公藤紅素和GSTM1的結合模型。
EA和cela的共同靶標蛋白GSTM1介導了小鼠白色脂肪的棕色化過程。在SVF細胞分化過程中及在小鼠iWAT中分別使用小幹擾RNA及腺病毒對GSTM1進行蛋白敲減，GSTM1的低表達可以誘導脂肪細胞中UCP1蛋白的表達增加，並引起脂肪細胞中脂類物質的累積減少，促進白色脂肪棕色化的進程。
在成熟的C3H10T1/2細胞中，EA及cela可以不同程度地激活p38的磷酸化。另外，有研究表明，GSTM1可以與MEK3/6的上遊蛋白ASK1發生體外及細胞內的結合從而抑制其磷酸激酶活性【4】。本項研究指明EA 及cela可以通過與GSTM1的結合，破壞GSTM1與ASK1的互作，從而增強ASK1的激酶活性，並由此激活其下遊的p38MAPK信號途徑，促進線粒體中UCP1的表達。
圖3. EA和cela誘導白色脂肪棕色化的作用機制
本項研究不僅發現依他尼酸老藥新用的功效，同時也揭示了我國傳統中藥雷公藤主要成分雷公藤紅素減肥的作用機制，首次確證了GSTM1是兩種化合物的作用靶標以及調節脂肪細胞棕色化的新功能。
崔照盟博士、劉洋青年副研究員和萬偉博士為論文的共同第一作者，黨永軍研究員、湯其群教授、俞飆研究員和羅成研究員為論文的共同通訊作者。該項工作得到了中科院上海藥物所譚敏佳研究員、加州大學舊金山分校Dengke Ma教授和約翰霍普金斯大學醫學院Jun Liu教授等的大力支持。
製版人：珂
參考文獻
1. Cui Z, Liu Y, Wan W et al. Ethacrynic acid targets GSTM1 to ameliorate obesity by promoting browning of white adipocytes.Protein Cell2020.
2. Dodd GT, Decherf S, Loh K et al. Leptin and insulin act on POMC neurons to promote the browning of white fat.Cell2015; 160: 88-104.
3. Kim SH, Plutzky J. Brown Fat and Browning for the Treatment of Obesity and Related Metabolic Disorders.Diabetes Metab J2016; 40: 12-21.
4. Hattori K, Naguro I, Okabe K et al. ASK1 signalling regulates brown and beige adipocyte function.Nat Commun2016; 7: 11158.