外周血单核细胞转录组分析揭示热量限制下体重高/低应答者的分子机制：GSPT1上调与胶原通路下调的关键作用

《Genes & Nutrition》：Transcriptomic analysis in peripheral blood mononuclear cells from hyper and hypo weight-loss responders

本研究针对热量限制(CR)干预下个体体重减轻反应差异的分子机制尚不明确的问题，通过对外周血单核细胞(PBMCs)进行转录组分析，发现低应答者中GSPT1基因显著上调且胶原生物合成/三聚化通路相关基因(如PLOD1、COL5A3等)普遍下调，揭示了细胞增殖调控和细胞外基质(ECM)重塑在体重减轻抵抗中的潜在作用，为个性化体重管理策略提供了新靶点。

　　

肥胖已成为全球性健康挑战，其特征是脂肪过度积累伴随脂肪组织分布或功能异常。这种状态会诱导慢性低度炎症，而饮食是肥胖发生发展的直接因素。尽管多种饮食策略被提出用于体重管理，但热量限制(Caloric Restriction, CR)仍被认为是促进体重减轻的最有效策略。不过，在CR过程中，个体对饮食限制的反应存在显著差异：有些人减重效果显著（高应答者），而有些人则效果甚微（低应答者）。这种差异背后的分子机制尚未完全阐明，阻碍了有效个性化体重管理干预措施的发展。

为了解决这一问题，Vela-Vasquez等人开展了一项研究，旨在通过分析高应答者和低应答者在CR干预后外周血单核细胞(Peripheral Blood Mononuclear Cells, PBMCs)的转录组变化，识别与体重减轻反应差异相关的关键基因和通路。他们的研究成果发表在《Genes & Nutrition》上。

为了开展这项研究，作者运用了几个关键技术方法。研究样本来源于一项名为NUTRIRES2的随机对照双盲临床试验，该试验在墨西哥进行，招募了29名成年志愿者。本研究从中选取了12名志愿者（6名高应答者和6名低应答者）进行极端表型抽样(Extreme Phenotype Sampling, EPS)，以增强组间差异的统计效力。所有志愿者接受了为期4周的CR干预（平均热量赤字为基线代谢率的20%）。研究人员在干预前后采集了志愿者的空腹静脉血，从中分离出PBMCs，随后使用核糖体RNA耗竭法和Illumina测序平台进行全转录组测序(RNA-seq)。对获得的序列数据，他们采用Galaxy平台进行了质量控制、修剪、比对（使用STAR软件）和表达量化（使用featureCounts软件）。差异表达分析则通过Degust工具完成，采用voom/limma方法，设定错误发现率(FDR)≤0.03作为显著性阈值。对筛选出的差异表达基因(Differentially Expressed Genes, DEGs)，又利用STRING数据库进行了蛋白质-蛋白质相互作用(Protein-Protein Interaction, PPI)网络分析和功能富集分析，并使用g:Profiler工具对未富集到显著通路中的基因进行了基因本体论(Gene Ontology, GO)功能注释。

Anthropometric profile after food intervention

干预结束后，两组志愿者的所有人体测量参数均出现下降。然而，与低应答者组相比，高应答者组的体重多减少了82.3%，体重指数(BMI)多减少了81.5%，臀围多减少了68.9%，腰围多减少了47.97%，组间差异具有统计学显著性。这验证了依据体重减轻程度进行分组（高应答者定义为体重减少>5%，低应答者<5%）的有效性，为后续的转录组比较奠定了表型基础。

Transcriptomic comparison of gene expression after food intervention

转录组分析揭示了高应答者和低应答者组之间显著的基因表达差异（FDR≤0.03）。共鉴定出1581个差异表达基因，其中141个基因的log₂折叠变化≥2（平均log₂FC = -2.19），表明它们在低应答者中强烈下调。值得注意的是，在所有这些差异基因中，只有GSPT1 (G1 to S Phase Transition 1)基因在低应答者中表达上调，其余基因均下调。

Network analysis of the DEGs

对全部差异表达基因进行蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络分析，成功识别出两个显著富集的通路：胶原链三聚化(Collagen Chain Trimerization)和胶原生物合成与修饰酶(Collagen Biosynthesis and Modifying Enzymes)通路（FDR=0.0041）。这些通路涉及多个胶原基因和修饰酶基因，如PLOD1、COL5A3、COL6A5、COL14A1、CRTAP、COL4A5、COL7A1、COL9A1、TLL2、COL20A1、COL4A2、COL24A1、COL16A1、COL5A2、COL15A1、COL4A1和COL13A1。

Functional enrichment analysis

功能富集分析进一步揭示了这些差异表达基因的生物学意义。在分子功能方面，它们显著富集于“赋予拉伸强度的细胞外基质结构组成”等功能。在生物学过程方面，与“神经元投射发育的调控”等相关。对于那些未在STRING显著通路中富集的1564个基因，GO分析表明它们与蛋白质结合、含磷基团的转移酶活性、蛋白激酶活性以及微丝马达活性等分子功能相关，提示这些基因可能参与细胞内信号转导、代谢通路调控或细胞骨架重构等过程。

研究的结论和讨论部分对上述发现进行了整合与阐释。低应答者中GSPT1基因的上调是一个关键发现。GSPT1编码真核释放因子3a(eRF3a)，是细胞周期进程和增殖的关键调节因子，其在多种人类癌症中均有上调。在肥胖的背景下，GSPT1的上调可能并不直接指示恶性肿瘤，而是反映了细胞增殖、代谢调节和炎症状态的改变，这些都是肥胖相关功能障碍的标志。肥胖与多种合并症（包括糖尿病和某些癌症）相关，其病理生理过程涉及慢性炎症和代谢失调（如胰岛素抵抗、高血糖和血脂异常），这些都可能影响肿瘤的生长和进展。因此，GSPT1的上调可能是低应答者代谢压力和炎症状态的一个生物标志，这种状态可能助长了其体重减轻抵抗。

另一方面，大量胶原及相关通路基因的下调同样至关重要。细胞外基质(ECM)是一个动态的网络，为细胞提供结构支持和弹性，传导细胞外信息，并通过持续重塑维持稳态。在肥胖状态下，ECM会发生重塑，其过度沉积与纤维化、组织僵硬以及胰岛素抵抗有关。本研究中低应答者众多胶原基因（如PLOD1、COL5A3、TLL2等）和ECM结构成分基因的下调，表明其胶原加工和ECM组装过程可能受损。这可能导致脂肪组织重塑能力下降，使其难以适应CR带来的代谢挑战，ECM变得更为僵硬、缺乏弹性，从而形成一个与纤维化和胰岛素抵抗相关的微环境。例如，PLOD1的抑制可能会减少葡萄糖摄取，未被利用的葡萄糖则可能通过de novo lipogenesis（从头脂肪生成）转化为脂肪储存起来。

综上所述，这项研究提供了关于基因表达如何导致体重减轻反应变异的新证据，揭示了GSPT1上调和胶原相关通路下调是影响个体对CR产生低应答的关键分子机制。这些发现不仅增进了我们对体重减轻抵抗生物学基础的理解，也为开发针对性的、个性化的体重管理干预措施（如靶向GSPT1或ECM重塑过程的策略）提供了潜在的分子靶点和思路。当然，由于研究样本量较小，且PBMCs是替代组织而非主要代谢组织（如脂肪组织或肝脏），这些结论仍需在更大规模的研究和更直接的靶组织中进行验证。