阻断 GDF3：改善代谢健康的新希望 —— 揭示 TGFβ 超家族蛋白在肥胖与代谢疾病中的关键作用

为探究 GDF3 在肥胖相关代谢疾病中的作用，研究人员以小鼠为模型展开研究。结果发现，急性敲除 GDF3 可改善肥胖小鼠代谢健康，降低脂肪分解。这为开发抗糖尿病疗法提供新方向，有望助力攻克肥胖与代谢疾病难题。

　　在生命的长河中，肥胖与代谢疾病如同两颗 “定时炸弹”，严重威胁着人类的健康。脂肪组织作为能量储存的 “大仓库”，在肥胖状态下，其脂肪分解速率会异常增加，导致异位脂质堆积，进而引发一系列代谢紊乱，如胰岛素抵抗、血糖异常等。而 TGFβ 超家族蛋白在哺乳动物的代谢过程中扮演着重要角色，其中生长分化因子 3（GDF3）却充满了神秘色彩。尽管它与代谢性疾病密切相关，但其在分化细胞中的具体作用却存在诸多争议，这也使得深入了解 GDF3 成为了攻克肥胖与代谢疾病难题的关键一环。

为了揭开 GDF3 的神秘面纱，来自美国哈佛医学院贝斯以色列女执事医疗中心（Beth Israel Deaconess Medical Center and Harvard Medical School）等机构的研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们带来了新的曙光。

研究人员运用了多种关键技术方法。在动物模型构建方面，通过基因编辑技术构建了 Gdf3^floxed小鼠，并与 Rosa^CreERT2小鼠杂交，实现了对 Gdf3 基因的条件性敲除；还利用腺相关病毒（AAV）介导的基因传递技术，构建了附睾白色脂肪组织（eWAT）特异性 Gdf3 敲除小鼠。在检测分析技术上，采用实时定量聚合酶链式反应（RT-qPCR）检测基因表达水平；运用蛋白质免疫印迹（Western blot）分析蛋白表达和磷酸化水平；借助表面等离子共振（SPR）、生物膜干涉技术（BLI）和等温滴定量热法（ITC）等研究蛋白 - 蛋白相互作用 。

急性 GDF3 功能缺失改善小鼠代谢健康并减少脂肪分解

研究人员给成年小鼠喂食高脂肪饮食（HFD）诱导肥胖后，用他莫昔芬诱导 Cre 重组酶，实现全身 Gdf3 基因敲除（Gdf3^KO）。结果发现，Gdf3^KO小鼠的葡萄糖耐受性和胰岛素敏感性显著提升，循环血浆胰岛素水平降低，空腹和刺激后的血浆非酯化脂肪酸（FFA）水平也明显下降，且体重和身体成分无显著差异。同时，构建的 eWAT 特异性 Gdf3 敲除小鼠（Gdf3^AKO）也呈现出类似的代谢改善表型，如葡萄糖耐受性提高、血糖变异性降低等。这表明无论是全身还是 eWAT 特异性敲除 Gdf3，都能改善肥胖小鼠的代谢健康，减少脂肪分解。

GDF3 功能缺失在体外降低脂肪分解

在体外实验中，研究人员从 Gdf3 小鼠的 iWAT 分离基质血管成分（SVF）并分化为原代脂肪细胞，通过添加 4 - 羟基他莫昔芬（4 - OHT）实现 Gdf3 基因的急性缺失。结果显示，Gdf3 缺失的原代脂肪细胞在 β - 肾上腺素能激活后，FFA 释放显著减少，同时蛋白激酶 A（PKA）底物的磷酸化水平降低，β₃ - 肾上腺素能受体（β₃ - AR）表达减少，激素敏感性脂肪酶（HSL）磷酸化水平降低，cAMP 水平也下降。这些结果表明，GDF3 功能缺失会导致体外脂肪分解减少。

GDF3 和 TGFβ 超家族配体对 SMAD 信号通路的影响

GDF3 在 TGFβ 超家族中，其对脂肪分解和葡萄糖稳态的调节作用与 SMAD 信号通路密切相关。研究人员通过检测 Gdf3^KO小鼠脂肪组织中基因表达变化，发现 BMP 信号通路下游基因表达增加，而 TGFβ 信号通路靶基因表达减少。在体外实验中，利用双荧光报告系统，发现重组小鼠 GDF3（rmGDF3）和重组人 TGFβ1（rhTGFβ1）能抑制 BMP 信号通路的 BRE - YFP 报告基因表达，同时增加 TGFβ/ 激活素样信号通路的 SBE - RFP 报告基因表达，这表明 GDF3 能够调节 BMP 和 TGFβ 信号通路。

GDF3 是 BMP 信号通路拮抗剂，与受体 BMPRII 具有高亲和力

研究人员进一步研究发现，rmGDF3 能够抑制多种重组 BMPs 的信号传导，表明 GDF3 是 BMP 信号通路的广泛抑制剂。通过 SPR、BLI 和 ITC 分析，证实 GDF3 与 II 型 BMP 受体（BMPR2）的 Fc 融合蛋白具有高亲和力，且在排除 TGFβ 污染干扰后，进一步验证了 GDF3 通过作为 BMPR2 拮抗剂来阻断 BMP 信号通路。

GDF3 作为 TGFβ/ 激活素样 SMAD2/3 信号通路激动剂，与受体 ACVR2A 和 ACVR2B 具有高亲和力

SPR 分析显示，GDF3 与 ACVR2A 和 ACVR2B 具有高亲和力，但与 TGFBR2 无结合亲和力。在细胞实验中，rmGDF3 与 rhTGFβ1 对 SBE - RFP 报告基因具有协同激活作用，且基因编码的 GDF3 能激活 SBE - RFP 报告基因，这表明 GDF3 可作为 SMAD2/3 信号通路的配体。此外，研究还发现 ALK5 和 ACVR2A/2B 在介导 GDF3 激活 SMAD2/3 信号通路中起重要作用。

重组 GDF3 在体外促进培养的成熟脂肪细胞脂肪分解

在体外培养的成熟脂肪细胞实验中，研究人员发现 rmGDF3 和 rhTGFβ1 能剂量依赖性地促进游离脂肪酸释放，而 rhBMP2、rhBMP9 和 rmBMP10 则抑制脂肪酸释放。通过使用抑制剂实验表明，GDF3 促进脂肪分解的作用依赖于激活素 / TGFβ1 型受体信号通路，且 GDF3 能通过调节 Adrb3 表达，在 cAMP 释放上游发挥作用，进而促进脂肪分解。

研究结论表明，GDF3 在脂肪细胞中起着至关重要的作用，它通过调节 β₃ - AR 表达来影响脂肪分解和胰岛素敏感性。急性敲除肥胖小鼠的 Gdf3 基因可抑制脂肪分解，改善代谢健康，且不影响体重。而外源性给予重组 GDF3 则能促进成熟脂肪细胞的脂肪分解。这些发现为理解 GDF3 在肥胖和代谢失调发病机制中的作用提供了新视角，也为开发治疗肥胖和 2 型糖尿病等代谢性疾病的新疗法提供了潜在的靶点和理论依据。未来，有望基于这些发现，开发出针对 GDF3 信号通路的药物，为广大肥胖与代谢疾病患者带来新的希望 。