脂肪细胞CLDN5通过调控IL10表达促进产热和能量消耗的分子机制研究

本研究揭示了脂肪细胞中紧密连接蛋白CLDN5通过调控Y-box蛋白3（YBX3）的亚细胞定位，进而影响IL10的表达和分泌，最终以旁分泌方式作用于邻近产热脂肪细胞的IL10R信号通路，从而调控能量代谢的新机制。研究人员通过构建多种脂肪组织特异性敲除小鼠模型，结合RNA测序、共培养系统和代谢分析等技术，发现CLDN5缺失会导致小鼠产热能力下降、能量消耗减少，并易发饮食诱导的肥胖。该研究不仅拓展了紧密连接蛋白在非上皮组织中的功能认知，还为代谢性疾病的治疗提供了新靶点。

　　

在能量代谢研究领域，脂肪组织的产热能力一直是科学家关注的焦点。传统观点认为，棕色脂肪组织（BAT）和米色脂肪通过解偶联蛋白1（UCP1）介导的非颤抖性产热维持能量平衡。然而，脂肪组织中不同亚群细胞间的通讯机制仍存在大量未知。特别是紧密连接蛋白家族成员CLDN5，虽然已知其在内皮细胞屏障功能中起关键作用，但对其在脂肪组织中的功能知之甚少。这项研究正是针对这一科学空白展开的深入探索。

滨州医学院的研究团队在《Nature Communications》发表论文，系统阐明了CLDN5在脂肪组织能量代谢调控中的新功能。研究人员发现，CLDN5特异性地表达于非产热脂肪细胞亚群中，通过独特的分子机制调控邻近产热脂肪细胞的活性。这一发现不仅揭示了脂肪组织内细胞间通讯的新模式，还为代谢紊乱疾病的治疗提供了潜在靶点。

研究采用了多项关键技术：1）构建脂肪组织特异性Cldn5敲除小鼠模型（包括Fabp4-Cre、Adipoq-Cre和Ucp1-Cre三种品系）；2）利用CLDN5-GFP转基因小鼠进行细胞亚群分选和功能分析；3）RNA测序技术分析基因表达谱变化；4）建立原代脂肪细胞共培养系统研究旁分泌机制；5）代谢笼分析系统评估能量消耗；6）冷刺激和β3肾上腺素受体激动剂CL-316,243处理等体内功能实验。

研究结果部分包含多个重要发现：

CLDN5在非产热脂肪细胞中特异性表达
通过CLDN5-GFP转基因小鼠的免疫荧光分析发现，CLDN5主要分布在BAT和腹股沟白色脂肪组织（iWAT）中CD36^high、FABP4^high但UCP1^low的脂肪细胞亚群。流式分选和qPCR证实，GFP⁺细胞中Cldn5表达量是GFP^-细胞的5-8倍，而Ucp1表达则呈现相反模式。单细胞RNA测序数据进一步验证了CLDN5在低产热棕色脂肪细胞（BA-L）亚群中的富集。

脂肪细胞CLDN5表达受产热刺激调控
冷暴露（4°C）和β3肾上腺素受体激动剂处理均显著上调BAT和iWAT中CLDN5的表达。有趣的是，冷刺激还能诱导部分CLDN5⁺细胞共表达UCP1，提示环境温度变化可能促使非产热细胞向产热细胞转化。

脂肪细胞Cldn5敲除抑制产热和能量消耗
RNA测序显示，BAT中CLDN5缺失导致氧化磷酸化（OXPHOS）和产热相关基因显著下调。透射电镜观察到线粒体形态异常和数量减少。代谢笼实验证实敲除小鼠能量消耗降低15-20%，且表现出明显的冷耐受缺陷。高脂饮食喂养16周后，敲除小鼠体重增加更显著，并出现葡萄糖耐量受损和胰岛素抵抗。

CLDN5通过旁分泌机制影响产热功能
共培养实验证明，CLDN5缺失的脂肪细胞通过分泌因子抑制共培养的棕色/米色脂肪细胞中UCP1和PGC1α的表达。这种效应在添加dbcAMP模拟冷刺激后仍然存在，表明CLDN5的作用独立于脂肪细胞亚型转化。

CLDN5调控YBX3核转位和IL10产生
免疫共沉淀证实CLDN5与ZO1、YBX3形成复合物。CLDN5缺失导致YBX3核转位增加，进而通过结合Il10启动子和3'-UTR的ACACCT序列促进IL10表达。体外实验显示，IL10中和抗体或IL10Rα阻断抗体可逆转CLDN5缺失导致的产热抑制。

体内干预验证IL10信号的关键作用
通过脂肪组织原位注射si-Il10ra或AAV-sh-Il10，显著改善了Cldn5敲除小鼠的产热缺陷，表现为UCP1表达恢复、脂滴减少和冷耐受能力提高。

这项研究首次揭示了CLDN5在脂肪组织能量代谢调控中的关键作用，阐明了从细胞膜蛋白到细胞核转录调控的完整信号通路（CLDN5-ZO1-YBX3-IL10-IL10R）。该发现不仅拓展了对紧密连接蛋白非经典功能的认识，还为肥胖、糖尿病等代谢性疾病的治疗提供了新思路。特别值得注意的是，人类脂肪组织数据分析显示，CLDN5表达与代谢健康状态显著相关，进一步凸显了其临床转化潜力。研究采用的多种基因修饰动物模型和创新的共培养系统，为脂肪组织细胞间通讯研究提供了范例。未来针对CLDN5-YBX3-IL10轴的小分子调控剂开发，可能成为代谢性疾病治疗的新策略。