靶向Ptrf远端增强子调控脂肪质量：单细胞多组学揭示肥胖治疗新策略

本研究针对肥胖治疗中脂肪质量精准调控的难题，通过单细胞转录组测序（snRNA-seq）和染色质构象捕获技术（4C-seq），首次系统解析了PTRF基因在脂肪分化中的核心调控机制。研究发现靶向Ptrf基因的特定增强子（E1/E3）可显著抑制脂肪生成并减少体内脂肪沉积，同时揭示了PPARγ和CEBPα转录因子对增强子活性的协同调控作用。该研究为肥胖及相关代谢疾病的表观遗传治疗提供了新型靶点和干预策略。

　　

随着全球肥胖发病率的持续攀升，肥胖相关代谢性疾病已成为重大公共卫生问题。传统减肥手段如生活方式干预和药物治疗效果有限且易反弹，而通过基因编辑直接靶向关键代谢基因又可能引发不可预测的副作用。因此，开发能够精准调控脂肪组织功能的治疗策略迫在眉睫。

聚合物I和转录释放因子（PTRF/Cavin-1）是细胞膜小窝（caveolae）结构形成的关键蛋白，在脂质代谢中发挥核心作用。既往研究发现PTRF缺失会导致先天性全身性脂肪营养不良症，但其在脂肪细胞分化中的具体调控机制尚未明确。更重要的是，能否通过靶向PTRF的调控元件而非编码区来实现脂肪量的精准调控，是领域内亟待解决的科学问题。

在这项发表于《BMC Biology》的研究中，张宇等研究人员通过构建多种基因编辑小鼠模型，结合多组学技术深度解析了PTRF在脂肪发育中的功能机制，并创新性地提出了通过表观遗传编辑靶向增强子来调控脂肪量的治疗策略。

研究主要采用以下关键技术：1）利用单细胞核RNA测序（snRNA-seq）技术解析Ptrf^-/-小鼠脂肪组织的细胞异质性；2）通过环形染色质构象捕获测序（4C-seq）联合组蛋白修饰ChIP-seq筛选PTRF的候选增强子；3）采用dCas9-KRAB系统进行增强子的表观遗传抑制实验；4）建立五种不同PTRF表达水平的基因编辑小鼠模型（包括纯合/杂合敲除和敲入模型）；5）通过双荧光素酶报告系统验证转录因子与增强子的互作关系。

研究结果主要包括：

Adipogenic differentiation impairment and adipocyte metabolism dysregulation in Ptrf^-/- mice

通过单细胞转录组分析发现，Ptrf缺失导致脂肪细胞分化受阻，形成独特的AD3亚群。该亚群表现出成熟脂肪细胞标志基因（如CEBPA、LEP和ADIPOQ）表达下调，而DOCK9和RANBP9等膜信号蛋白表达上调。代谢通路分析显示AD3细胞中碳水化合物和脂质代谢活动显著降低，表明Ptrf缺失导致脂肪细胞代谢功能停滞。

Ptrf deletion induces a unique transcriptional regulatory network of adipogenesis

基因调控网络分析发现Ptrf缺失导致脂肪分化关键调控因子（如IRF4、TEAD1和CLOCK）活性异常。分支点分析鉴定出333个分支依赖基因，分为四个功能模块：G1/G2模块参与膜结构和营养物质转运（如CD36和CAV1）；G3模块调控脂质合成与分解过程；G4模块涉及血管生成和GTP酶活性调节。这些发现揭示了Ptrf缺失通过多通路协同作用影响脂肪发育。

Ptrf mRNA expression levels positively affect adipose mass and adipocyte size in a dose-dependent manner

通过五种不同基因型小鼠（DKI、SKI、WT、SKO、DKO）的表型分析，发现PTRF表达水平与脂肪量呈正剂量关系。MRI扫描显示纯合敲入（DKI）小鼠脂肪含量最高（eWAT/体重比4.2%），而纯合敲除（DKO）小鼠几乎缺失皮下脂肪（eWAT/体重比0.6%）。组织学分析进一步证实 adipocyte直径随PTRF表达水平增加而增大。

Identification and functional examination of enhancers of Ptrf during adipogenic differentiation in vitro

通过整合4C-seq和组蛋白修饰数据，鉴定出6个PTRF候选增强子（E1-E6）。双荧光素酶报告实验证实E1、E3和E5具有显著转录活性。利用dCas9-KRAB系统抑制这些增强子，可降低PTRF表达、减少脂滴形成和甘油三酯含量，其中E1和E3的抑制效果最为显著。

dCas9-KRAB-mediated repression of Ptrf enhancers result in reduced adipose mass in vivo

体内实验表明，向高脂饮食小鼠腹股沟脂肪注射靶向E1和E3的CRISPRi慢病毒，可显著降低局部PTRF表达，减少脂肪细胞直径和脂肪组织重量，其中E1抑制组效果最为显著（iWAT重量降低2.1%）。而靶向E5的抑制组未观察到显著表型变化。

Peroxisome proliferator-activated receptor gamma and CCAAT/enhancer-binding protein alpha closely bind to E1 to coordinate transcriptional activity of Ptrf

通过生物信息学分析和ChIP-seq数据验证，发现脂肪分化关键转录因子PPARγ和CEBPα可直接结合E1增强子区域。过表达实验证实这两个转录因子可显著增强E1的转录活性，揭示了PTRF在脂肪分化中的上游调控机制。

本研究系统阐明了PTRF在脂肪组织发育中的核心作用及其调控机制，创新性地证明了通过表观遗传编辑靶向基因增强子可实现脂肪量的精准调控。相比传统的基因敲除策略，增强子靶向方法具有可逆性和剂量依赖性优势，为肥胖和相关代谢疾病的治疗提供了新思路。研究成果不仅深化了对脂肪分化调控网络的理解，也为开发基于CRISPRi的代谢疾病治疗新方案奠定了理论基础和实践依据。