靶向代谢组织的产热基因递送策略：探索UCP1通路在改善体重与葡萄糖耐受中的治疗潜力

本研究通过AAV载体向脂肪细胞、肝细胞和肌纤维靶向递送产热基因（UCP1、ADRB3、PKA Cα），证实其可显著改善葡萄糖耐受性，为肥胖及相关代谢疾病提供了新型基因治疗策略。研究突显了ADRB3–PKA Cα–UCP1轴在能量代谢调控中的核心作用。

　　

亮点

脂肪细胞特异性UCP1基因递送改善葡萄糖耐受性

我们将带有Flag标签的小鼠UCP1克隆至哺乳动物表达载体，并在293T细胞中确认其在线粒体中的表达和定位（图1A、B）。将该构建体亚克隆至具有双floxed反向开放阅读框（AAV-DIO）的AAV载体中，实现Cre重组酶依赖性表达^23,24。我们向野生型或脂肪连接蛋白-Cre（AQ-Cre）小鼠腹腔注射AAV-DIO-UCP1，以生成脂肪细胞特异性UCP1过表达模型（图1C）。尽管两组小鼠体重增长无显著差异（图1D），但脂肪细胞特异性UCP1过表达显著提高了葡萄糖耐受性（图1E、F），表明UCP1在改善全身葡萄糖稳态中具有重要作用。

脂肪细胞中ADRB3或PKA Cα的过表达增强UCP1表达

我们进一步探究了UCP1上游调控因子的作用。通过AAV-DIO系统在脂肪细胞中过表达ADRB3或PKA Cα（图2A–C）。两者均显著提高了脂肪组织中UCP1的mRNA和蛋白水平（图2D–G）。尽管未引起体重变化（图2H、I），ADRB3过表达显著改善了葡萄糖耐受性（图2J、K），而PKA Cα过表达未观察到类似效应。

肝细胞或肌纤维中UCP1的异位表达改善葡萄糖代谢

我们探索了UCP1在非脂肪组织中的代谢效益。使用Alb-Cre或HSA-Cre小鼠分别实现肝细胞或骨骼肌中UCP1的特异性过表达（图3A、B）。两组均显示UCP1成功表达（图3C、D），且均显著改善葡萄糖耐受性（图3E–H），表明UCP1在多种代谢组织中均具有抗糖尿病潜力。

讨论

在当前市场上基于AAV的基因治疗药物中，Hemgenix?（针对血友病B）和Elevidys?（针对杜氏肌营养不良）分别特异性靶向肝细胞和肌细胞^32,33。此外，多种AAV疗法正处于临床开发阶段¹⁵，预示着针对人类代谢疾病的基因治疗即将成为现实。然而，与具有明确单基因靶点的单基因疾病不同，代谢疾病通常涉及多器官、多通路协同调控。因此，识别关键靶点并优化递送策略至关重要。

本研究首次系统性评估了AAV介导的产热基因（UCP1、ADRB3、PKA Cα）在脂肪、肝脏和肌肉组织中的治疗效益。我们发现，尽管UCP1过表达未引起体重下降，但在所有靶组织中均显著改善葡萄糖耐受性，提示UCP1基因治疗主要通过改善代谢健康而非减重发挥效益。值得注意的是，ADRB3过表达同样提高了葡萄糖耐受性，而PKA Cα过表达虽诱导UCP1表达却未产生代谢改善，表明ADRB3可能通过UCP1非依赖途径调控葡萄糖代谢。

值得注意的是，肝脏和肌肉中UCP1的异位表达均能提高全身葡萄糖耐受性，扩展了UCP1基因治疗的应用范围。尽管这些组织在生理状态下不表达UCP1，基因导入成功激活了产热程序，证明代谢器官具备潜在的“褐变”能力。

综上所述，本研究为靶向ADRB3–PKA Cα–UCP1轴的基因治疗提供了临床前证据，支持其作为肥胖相关代谢疾病的新型治疗策略。未来研究需进一步优化组织特异性递送效率并评估长期安全性。