SETD7缺失增强白色脂肪棕色化并改善肥胖小鼠代谢紊乱

《CELL DEATH AND DIFFERENTIATION》：SETD7 depletion enhances white adipose browning and ameliorates metabolic disorders in obese mice

　　

摘要：肥胖是与代谢及心血管疾病密切相关的重要全球性健康挑战，白色脂肪组织（White Adipose Tissue, WAT）棕色化的治疗潜力日益受到关注。虽已有研究提示赖氨酸甲基转移酶SET Domain Containing 7（SETD7，亦称SET7/9、KMT7）参与多种心血管及代谢疾病，但其在脂肪产热中的作用尚不清楚。本研究发现，肥胖小鼠腹股沟WAT（Inguinal WAT, iWAT）中SETD7表达上调，且主要定位于成熟脂肪细胞。Setd7杂合敲低（Setd+/?）小鼠在冷暴露或β3-肾上腺素能受体激动剂刺激下，iWAT产热基因表达增强、发生棕色化，而棕色脂肪组织（Brown Adipose Tissue, BAT）产热活性基本不受影响。体外实验中，SETD7敲低不影响脂肪细胞分化，但显著增强米色脂肪细胞产热能力；SETD7过表达则产生相反效应。机制上，RNA-Seq分析显示SETD7缺失上调腺苷酸环化酶7（Adenylate Cyclase 7, Adcy7）转录，使Sirtuin-1（Sirt1）水平升高并促进cAMP应答元件结合蛋白1（Creb1）磷酸化，从而激活产热程序。值得注意的是，Setd+/?小鼠抵抗高脂饮食（High-Fat Diet, HFD）诱导的肥胖，表现为体重增幅减小、能量消耗增加及代谢健康状况改善。综上，本研究确定SETD7是iWAT产热的负调控因子，提示靶向SETD7可能是防治肥胖的潜在策略。

论文解读：

《CELL DEATH AND DIFFERENTIATION》发表的该项研究围绕肥胖治疗的潜在新靶点——赖氨酸甲基转移酶SETD7（SET Domain Containing 7，亦称SET7/9、KMT7）在白色脂肪组织（White Adipose Tissue, WAT）棕色化（browning，亦称beiging）及代谢调控中的作用展开。目前研究表明，棕色及米色脂肪细胞可通过非战栗产热（non-shivering thermogenesis）促进能量消耗，其标志为线粒体内膜解偶联蛋白1（Uncoupling Protein 1, UCP1）高表达，激活WAT棕色化被认为是对抗肥胖及相关代谢紊乱的潜在策略。然而，WAT棕色化在肥胖状态下受抑，且其精确调控机制尚未完全阐明。此前SETD7已被报道参与糖尿病血管并发症、心肌缺血性损伤等代谢与心血管疾病，但在脂肪生物学特别是产热调控中的功能未知，且仅有的线索提示其表达在棕色脂肪分化过程中下降，暗示可能参与产热调节。因此，研究人员假设SETD7在WAT中负调控棕色化过程，并系统探究了其表达模式、功能及分子机制，最终证实SETD7是iWAT（Inguinal WAT，腹股沟皮下WAT）产热的负调控因子，Setd7杂合敲除可增强冷及β3-肾上腺素能受体激动剂诱导的iWAT棕色化、提高能量消耗、改善高脂饮食（High-Fat Diet, HFD）诱导的肥胖与糖脂代谢异常，机制涉及SETD7缺失上调Adcy7（Adenylate Cyclase 7，腺苷酸环化酶7）转录，进而升高Sirt1（Sirtuin-1，NAD⁺-依赖性去乙酰化酶）并增强Creb1（cAMP Response Element-Binding Protein 1，cAMP应答元件结合蛋白1）磷酸化，激活产热基因程序。

主要关键技术方法：采用CRISPR/Cas9构建C57BL/6背景Setd7杂合敲除（Setd7^+/?）小鼠及同窝野生型（Wild Type, WT）对照；进行急性（6 ℃，5 h）与慢性（6 ℃，3 d）冷暴露实验及β3-肾上腺素能受体激动剂CL316,243腹腔注射干预；利用重组腺相关病毒（Adeno-Associated Virus, AAV）2/9介导iWAT及BAT局部Setd7 shRNA敲低；分离小鼠iWAT基质血管组分（Stromal Vascular Fraction, SVF）诱导分化为原代米色脂肪细胞并进行Setd7敲低/过表达及Adcy7 siRNA干扰、Sirt1抑制剂Ex527处理；采用Western blot、RT-qPCR、RNA-Seq、苏木精-伊红（Hematoxylin and Eosin, H&E）染色、UCP1免疫组化、油红O染色检测相关指标；对HFD喂养小鼠进行葡萄糖耐量试验（Glucose Tolerance Test, GTT）、胰岛素耐量试验（Insulin Tolerance Test, ITT）及小动物间接热量测定系统（Comprehensive Lab Animal Monitoring System, CLAMS）分析能量代谢。

研究结果如下：

SETD7 expression is enriched in iWAT and upregulated by HFD feeding：研究人员检测发现，HFD喂养小鼠iWAT中SETD7蛋白及mRNA水平较普通饲料（Normal Diet, ND）显著升高；三种脂肪库中iWAT基础SETD7表达最高；iWAT分馏后SETD7主要表达于成熟脂肪细胞而非SVF，提示其可能在脂肪细胞产热调控中发挥作用。

SETD7 deficiency increases beige adipocyte proportion in iWAT at room temperature：Setd7^+/?小鼠在正常饮食下iWAT即出现多房脂滴、UCP1表达升高等米色脂肪增多特征，且BAT形态与UCP1无变化，雌鼠亦呈相同表型，表明SETD7组成性抑制iWAT基础棕色化，而对BAT无影响。

SETD7 deficiency enhances cold-induced thermogenesis through selective iWAT browning：急性冷暴露（6 ℃，5 h）Setd7^+/?小鼠核心体温高于WT；慢性冷暴露（6 ℃，3 d）后iWAT多房棕色样脂肪增多、UCP1及产热基因（Ucp1、Prdm16、Cidea）上调，血清甘油三酯与甘油降低，提示脂质向产热方向利用增加；BAT形态、UCP1及产热基因无差异，证实SETD7缺失特异性通过促进iWAT棕色化增强适应性产热。

Pharmacological β-adrenergic stimulation potentiates iWAT browning in Setd7^+/?mice：CL316,243（1 mg/kg/d，7 d）处理后，Setd7^+/?小鼠iWAT UCP1蛋白及产热基因（Ucp1、Ppargc1a、Prdm16、Cox8b）进一步上调，组织学显示更强棕色化与UCP1免疫阳性，血清游离脂肪酸下降；BAT仍无明显变化，与冷暴露结果一致，说明SETD7敲低增强β3-肾上腺素能受体介导的iWAT棕色化而不依赖BAT。

AAV-mediated SETD7 knockdown in iWAT promotes thermogenesis：BAT局部AAV-shSetd7敲低不改变冷暴露后BAT的UCP1及多数产热基因（Cidea甚至略降）；iWAT局部AAV-shSetd7敲低使冷暴露后iWAT UCP1蛋白/mRNA显著升高、多房脂肪细胞增多，证明增强的适应性产热主要由iWAT自主的SETD7缺失驱动。

SETD7 knockdown promotes thermogenesis in a cell-autonomous manner：原代米色脂肪细胞Setd7敲低不影响成脂分化（油红O染色、Pparg与Cebpa表达不变），但产热基因（Ucp1、Prdm16、Cidea）及UCP1蛋白升高，异丙肾上腺素/CL316,243/毛喉素（Forskolin, Fsk）刺激下Ucp1诱导更显著；SETD7过表达则抑制UCP1且不改分化，表明SETD7以细胞自主性方式负调控米色脂肪细胞产热潜能，不依赖于成脂分化。

SETD7 deficiency potentiates thermogenesis through the Adcy7-Sirt1 axis：Setd7敲低原代米色脂肪细胞中全局H3K4me1无明显改变，p-Creb1升高；RNA-Seq筛选发现腺苷酸环化酶家族中仅Adcy7显著上调（mRNA与蛋白均验证），Adcy7 siRNA可逆转Setd7^+/?细胞中Fsk诱导的p-Creb1升高及产热基因转录；体内iWAT中Adcy7蛋白在Setd7^+/?鼠升高。下游：Setd7敲低使Sirt1蛋白（非mRNA）升高，Adcy7 siRNA可回降Sirt1，Sirt1抑制剂Ex527不影Adcy7表达，证实Sirt1位于Adcy7下游；Ex527处理取消Setd7敲低引起的UCP1升高及p-Creb1增强，提示Adcy7-cAMP-Sirt1形成正反馈放大Creb1磷酸化激活产热程序。由此提出SETD7缺失→Adcy7转录上调→cAMP↑→Sirt1蛋白升高→p-Creb1↑→产热基因激活的信号轴。

SETD7 knockdown protects against diet-induced obesity and metabolic dysfunction：HFD喂养6周起Setd7^+/?小鼠体重增长慢于WT，11周时iWAT与eWAT（Epididymal WAT，附睾WAT）脂肪质量及脂肪/体重比降低；摄食量无差异但耗氧量（VO₂）、二氧化碳产生量（VCO₂）、产热均升高，呼吸交换比（Respiratory Exchange Ratio, RER）与运动活性无变，说明能量消耗增加是主要机制。HFD下Setd7^+/?小鼠iWAT脂滴小、UCP1 mRNA/蛋白高，GTT与ITT改善、空腹血糖低，肝脏脂质沉积减轻，血清甘油与游离脂肪酸降低，表明SETD7缺失抵抗HFD肥胖并改善胰岛素抵抗与肝脂肪变性。

讨论部分总结（含研究结论翻译）：WAT棕色化是产热与维持代谢稳态的关键适应机制。本研究证明SETD7是iWAT棕色化的负调控因子——Setd7缺失增强冷及CL316,243诱导的iWAT棕色化但不影响BAT，抵抗HFD诱导的肥胖、改善胰岛素敏感性与糖脂代谢。机制上，SETD7缺失转录上调Adcy7，引起Sirt1蛋白升高及Creb1磷酸化增强，激活产热基因程序（SETD7–Adcy7–Sirt1–Creb1轴）。即使在室温下Setd7^+/?小鼠iWAT米色脂肪即增多，HFD后仍维持较高UCP1，提示SETD7抑制可保留功能性米色脂肪。SETD7在iWAT高表达且主要位于成熟脂肪细胞，其敲低对BAT无影响可能与BAT/iWAT不同祖细胞起源有关。全局H3K4me1未明显改变提示SETD7可能经非组组蛋白甲基化或间接方式调控Adcy7，具体尚需进一步研究。本研究局限在于使用全身杂合敲除鼠，其他器官SETD7缺失可能贡献代谢表型，未来需用脂肪细胞特异性敲除模型验证。结论翻译：SETD7是inguinal白色脂肪组织产热的负调控因子；其缺失通过Adcy7–Sirt1–Creb1信号轴上调促进白色脂肪棕色化、增加能量消耗并改善高脂饮食诱导的肥胖及相关代谢紊乱，靶向SETD7代表一种通过选择性促进WAT棕色化防治肥胖的潜在新策略。