脂肪组织TGFβ-asprosin记忆促进肥胖复发和后代肥胖易感性

《Cell Reports》：Adipose TGFβ-asprosin memory promotes obesity relapse and offspring obesity susceptibility

　　

肥胖与减重后频繁复发以及肥胖母亲后代肥胖风险增加相关，但这一持续性的潜在机制尚未完全阐明。研究人员发现，肥胖升高的细胞因子转化生长因子β1（TGF-β1）激活脂肪细胞中fibrillin-1（Fbn1）的转录，增加食欲刺激激素asprosin的产生。短暂暴露于升高的TGF-β1可重塑Fbn1位点的染色质，产生一种持久的转录状态，该状态与减重及TGF-β1正常化后持续的Fbn1表达和血浆asprosin升高相关。在小鼠模型中，这种持续的asprosin升高增加食物摄入，促进体重恢复。同时，妊娠期母体TGF-β1暴露会编程后代脂肪组织，导致持续的Fbn1表达、血浆asprosin升高以及对饮食诱导肥胖的易感性增加。最后，遗传或药理学破坏Fbn1-asprosin-蛋白酪氨酸磷酸酶受体δ（Ptprd）轴可阻止这两种现象。这些发现确定了一条脂肪组织TGF-β1-asprosin通路，该通路构成了先前肥胖的记忆，并促进肥胖复发和代际肥胖易感性。

肥胖不仅表现为脂肪过多，更以其显著的持续性为特征。大多数减重者最终会复发，提示肥胖诱导了即使在体重减轻后仍持续存在的生物学改变。同样，母亲肥胖显著增加后代肥胖风险，独立于共享饮食或环境。这些现象——复发和代际传递——暗示肥胖留下一种分子印记，稳定其自身复发，但该印记的性质尚不清楚。Asprosin是一种由脂肪细胞分泌的食欲刺激激素，在肥胖中升高，但肥胖如何上调其编码基因fibrillin-1（Fbn1）的表达机制未知。研究人员旨在识别上游信号，并发现肥胖相关细胞因子TGF-β1通过经典信号通路驱动脂肪细胞中Fbn1的转录激活，且短暂暴露于TGF-β1即可在Fbn1位点建立持久的染色质开放状态，从而在TGF-β1水平正常化后仍维持asprosin的持续升高。这一发现揭示了脂肪组织TGF-β1-asprosin通路作为肥胖记忆的分子基础，同时解释了肥胖复发和后代肥胖易感性两个关键特征。该论文发表在《Cell Reports》。

研究人员采用了多种关键技术与方法。在细胞水平，利用3T3-L1脂肪细胞分化模型进行qPCR、ELISA、shRNA敲低、RNA-seq、ATAC-seq和CUT&Tag分析。在动物水平，使用饮食诱导肥胖（DIO）小鼠、Fbn1^NPS/+小鼠、Adipoq-CreERT2; Fbn1^fl/fl诱导性敲除小鼠以及ob/ob小鼠模型，结合药理干预（包括HDAC激活剂ITSA-1、p300/CBP抑制剂A-485、Ptprd抑制剂7-BIA、asprosin中和抗体和AAV8-asprosin过表达）进行体内验证。独立实验室重复了关键体外和体内结果。此外，重新分析了来自Hinte et al.的脂肪组织表观遗传记忆数据集（GSE236578）和Armenise et al.的低热量饮食人类脂肪组织转录组数据集（GSE95640），以探讨人类相关性。

**TGF-β1通过经典信号驱动脂肪细胞中Fbn1的转录激活**：通过qPCR和ELISA发现TGF-β1显著增加Fbn1 mRNA和asprosin分泌，且该效应依赖于Tgfbr2和Smad4的经典信号通路，以及p300/CBP的组蛋白乙酰转移酶活性。在Fbn1^NPS/+小鼠中，TGF-β1不能诱导体重增加，表明asprosin是TGF-β1促体重增加的必要介质。

**TGF-β1暴露诱导Fbn1转录和血浆asprosin的持久升高**：体外实验中，3T3-L1细胞暴露TGF-β1 4天后撤除，14天后Fbn1 mRNA和asprosin仍显著升高，而经典靶基因Smad7迅速回落。体内实验中，C57BL/6J小鼠注射TGF-β1 4天后，14天后血浆asprosin和脂肪Fbn1 mRNA仍升高，而Smad7已恢复基线。这种持久升高不能由mRNA半衰期解释。并且，两周前暴露于TGF-β1的小鼠在随后高脂饮食（HFD）挑战下体重增加更快，该效应可被asprosin中和抗体完全消除。

**独立实验室重复验证TGF-β1驱动的持久Fbn1上调**：第三方独立实验室严格遵循相同方案，在细胞和动物水平均重复了上述结果，证实该现象具有稳健性和可重复性。

**TGF-β1引发以细胞外基质基因富集的持久转录程序**：RNA-seq分析显示，TGF-β1处理4天及随后撤除14天，共有878个基因持续上调，Fbn1排名第16位。基因本体分析显示这些基因富集于细胞外基质（ECM）组织通路。层次聚类将基因分为四类，Fbn1属于“TGF-β1添加后上调且撤除后仍保持”的蓝色簇，而Smad7属于“撤除后回落”的绿色簇。

**TGF-β1重塑染色质以维持Fbn1激活和asprosin产生**：ATAC-seq显示，TGF-β1处理导致Fbn1位点出现两处开放染色质峰（下游区域1和上游启动子区域2），并在撤除14天后仍保持。该开放区域与已知的H3K27ac增强子标记一致。而Smad7位点的开放峰在撤除后回落。HDAC激活剂ITSA-1可降低Fbn1转录和asprosin分泌，表明组蛋白乙酰化是维持该持久状态的关键。

**持续asprosin升高驱动肥胖复发**：在DIO小鼠中，通过隔日禁食实现部分减重（10%）或完全减重（25%）后，血浆TGF-β1水平下降，但Fbn1 mRNA、脂肪asprosin和血浆asprosin仍持续升高，且与食物摄入量和体重恢复呈正相关。HDAC激活剂ITSA-1处理可降低asprosin并阻止体重恢复。Ptprd抑制剂7-BIA同样可限制体重恢复，在ob/ob小鼠中也得到验证。人类公共数据中，低热量饮食减重10%后，脂肪FBN1 mRNA水平不变，且Hinte et al.数据中Fbn1增强子区域的H3K4Me1信号在肥胖和减重后均持续升高，与小鼠模型一致。

**母体TGF-β1诱导的胎儿脂肪组织Fbn1激活驱动肥胖遗传**：来自DIO雌鼠的后代，尽管血浆TGF-β1正常，但血浆asprosin升高，皮下脂肪Fbn1表达增加。对无肥胖雌鼠在妊娠晚期注射TGF-β1，其后代同样出现asprosin升高、食物摄入增加和HFD下体重增长加速。asprosin中和抗体或Fbn1^NPS/+基因型可完全预防该表型。母体asprosin本身不参与（AAV8-asprosin过表达无影响）。CUT&Tag显示，TGF-β1处理雌鼠的后代脂肪组织中Fbn1启动子区域H3K27ac富集增加65%。诱导性脂肪细胞特异性Fbn1敲除（Adipoq-CreERT2; Fbn1^fl/fl）在断奶后激活，可完全阻断母体TGF-β1引起的后代体重加速增长。

讨论部分总结：本研究识别了一种细胞因子驱动的转录机制，该机制促成肥胖的两大特征——减重后普遍复发和肥胖母亲后代易感性增加。该机制将炎症信号转化为持久激素过量，为肥胖的持久性和代际传递提供分子解释。TGF-β1通过经典受体和Smad4信号以及p300/CBP依赖性染色质重塑，在脂肪细胞中建立稳定的Fbn1转录状态，导致asprosin持续过量产生，即使TGF-β1水平正常化后仍维持。这种持续的asprosin产生形成持久的食欲驱动，促进体重恢复。母体TGF-β1通过胎盘进入胎儿脂肪组织，建立持久的乙酰化染色质状态，驱动后代asprosin升高和肥胖易感性。研究结论：脂肪TGF-β1-asprosin通路构成先前肥胖的分子记忆，通过Fbn1-asprosin-Ptprd轴促进肥胖复发和代际肥胖易感性，干预该轴可能为持久减重维持和预防后代肥胖提供新策略。