Nat Commun 中国医学科学院阜外医院汪一波教授团队发现SLC35D3在肥胖及能量代谢中的重要作用

肥胖是全球性的健康挑战之一，相关并发症如2型糖尿病、高血压、代谢综合征等与心血管疾病风险密切相关。加速能量代谢、降低肥胖能显著改善心血管疾病的患病风险。脂肪组织是机体能量代谢的重要部位，也是减轻肥胖的主要靶器官。深入探索脂肪组织的代谢调节机制对抵抗肥胖、降低相关心血管疾病的风险是十分重要的。中国医学科学院阜外医院汪一波教授团队长期从事心血管病遗传机制的研究。在心血管代谢方面，近年来发现ANKRD36通过影响钠代谢参与盐敏感高血压(Circ Res 2021)，代谢综合征甲低缘于甲状腺素β受体基因的甲基化异常，T3生理剂量的补充则可以系统性改善表型(Hypertension 2021)，而SDC3引起的代谢异常是国人难治性高血压显著危险因素(BMC Med 2022)，还提出ZFYVE28为胰岛素抵抗的干预新靶点(Nat Commun 2023)；在血管稳态方面，揭示了体细胞突变是散发动静脉畸形和海绵状血管畸形的核心遗传机制(Brain 2019/2021/2023, Exp Mol Med 2023)。

2023年11月23日，中国医学科学院阜外医院汪一波教授团队在Nature Communications上发表题为“SLC35D3 promotes white adipose tissue browning to ameliorate obesity by NOTCH signaling”的研究。该研究首次发现了SLC35D3在脂肪组织能量代谢和肥胖调节过程中的重要作用。Slc35d3的脂肪细胞特异性敲除促进了小鼠的肥胖进程，引起胰岛素抵抗并抑制了脂肪组织的能量消耗；而Slc35d3的脂肪细胞特异性过表达则表现出对肥胖的显著抵抗，促进了脂肪组织的能量代谢。机制上讲，SLC35D3通过与NOTCH1的细胞外结构域ECD相互作用，促进NOTCH1在内质网(endoplasmic reticulum, ER)中的驻留，从而降低细胞膜表面的NOTCH1水平，介导白色脂肪组织棕色化和能量代谢的调节。因此，靶向SLC35D3可作为改善肥胖、加速能量消耗、预防相关心血管疾病的新的潜在靶点。

首先，研究人员探索了Slc35d3在不同组织中的表达水平。结果显示，Slc35d3在小鼠的脂肪组织中富集。随后，研究人员选取了两种肥胖小鼠模型，ob/ob小鼠和DIO小鼠，研究Slc35d3的表达水平改变。RNA水平和蛋白质水平的检测结果显示，Slc35d3在肥胖小鼠的不同的脂肪组织中表达均显著降低。

为了探究Slc35d3在肥胖调节和脂肪组织能量代谢过程中的具体作用，研究人员首先构建了Slc35d3脂肪组织特异性敲除小鼠，检测Slc35d3基因敲除对小鼠表型的影响。在常规饮食(NCD)的喂养下，与对照小鼠相比，敲除小鼠表现出明显的体重增加，血清脂质含量(TG，TC，FFA)也显著升高。研究人员还分离了不同的脂肪组织，发现敲除小鼠的不同脂肪组织重量均显著高于对照小鼠。胰岛素敏感性检测试验显示，敲除小鼠具有明显的胰岛素抵抗表型。随后，研究人员检测了小鼠能量代谢的相关指标。与对照小鼠相比，敲除小鼠的能量消耗和原代脂肪细胞的耗氧率明显降低，脂肪组织的产热基因、线粒体代谢基因、脂解基因的表达以及对寒冷刺激的抵抗能力也显著低于对照小鼠。

接下来，研究人员构建了Slc35d3脂肪组织特异性敲入小鼠来研究Slc35d3基因的过表达对小鼠表型的影响。在常规饮食的喂养下，敲入小鼠表现出对肥胖可观的抵抗力，血清TG、TC和FFA含量以及不同脂肪组织的重量显著低于对照小鼠。敲入小鼠还表现出更好的葡萄糖耐受和胰岛素敏感性。能量代谢的检测结果显示，敲入小鼠的能量消耗、原代脂肪细胞的耗氧率、脂肪组织的产热基因、线粒体代谢基因的表达均高于对照小鼠。此外，在高脂饮食(HFD)的喂养下，敲入小鼠仍保持着对肥胖的抵抗能力以及更高的能量消耗。因此，Slc35d3的表达水平与肥胖进展以及脂肪组织的能量代谢密切相关。

为了深入探索SLC35D3对肥胖和能量代谢的调节机制，研究人员分离了Slc35d3敲入小鼠的腹股沟脂肪组织进行转录组测序，分析显示Notch信号通路在Slc35d3敲入小鼠中被显著抑制。既往研究已经揭示了Notch通路的激活能促进肥胖，抑制脂肪组织能量消耗；而抑制Notch通路能显著改善肥胖表型，提高能量代谢。研究人员随后聚焦于SLC35D3是通过何种途径调节Notch通路的。有趣的是，SLC35D3并不影响Notch1的表达水平，也不影响Notch1蛋白的降解。这引起了研究人员极大的兴趣。通过免疫荧光实验，研究人员发现，Notch1与SLC35D3存在共定位，这暗示着两者可能存在相互作用。随后研究人员通过免疫共沉淀及pull-down试验证实，SLC35D3与Notch1的细胞外结构域ECD存在直接的相互作用，免疫荧光实验还揭示该效应主要在细胞的内质网(ER)中。进一步的研究显示，SLC35D3的过表达促进了Notch1在ER中的积累，而降低了细胞膜表面Notch1的水平；相反，SLC35D3的敲除则降低了ER中Notch1的水平，而极大的升高了细胞膜表面Notch1的水平。这些结果表明，SLC35D3通过与Notch1细胞外结构域的相互作用，调节Notch1从内质网向细胞膜的转运。

最后，研究人员利用脂肪组织原位注射AAV介导Slc35d3敲除小鼠和敲入小鼠脂肪组织中Notch1的敲低。实验结果显示，Notch1的敲低显著改善了小鼠的胰岛素敏感性，脂解基因和产热基因的表达水平也显著升高。此外，与敲入小鼠相比，Notch1的敲低在敲除小鼠中具有更显著的改善效果。

综上所述，Slc35d3的敲除促进了小鼠的肥胖表型，并降低了能量代谢；而Slc35d3的过表达则抑制了小鼠的肥胖表型，并促进了小鼠的能量消耗。在机制上，SLC35D3通过与Notch1细胞外结构域的相互作用，调节Notch1从内质网向细胞膜的转运，从而影响肥胖进程和能量代谢。因此，在肥胖个体中，脂肪组织中低水平的SLC35D3可能是改善肥胖、提高能量代谢的一个新的潜在靶点。

中国医学科学院阜外医院汪一波教授为本文的通讯作者。心血管疾病国家重点实验室研究生王红蕊、虞亮以及三峡大学基础医学院讲师王金娥为本文的共同第一作者。该项研究得到了医科院创新工程、国家自然科学基金及心血管疾病国家重点实验室的资助和支持。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-43418-5