一种靶向能量和脂质代谢的多功能口服小分子用于治疗肥胖及相关代谢紊乱

《SCIENCE ADVANCES》：A multi-functional oral small molecule targeting energy and lipid metabolism to treat obesity and related metabolic disorders

　　

肥胖及相关代谢紊乱在全球范围内激增，其机制上通过失调的能量和脂质代谢通路相互关联。当前基于肠促胰素的肥胖治疗通过减少食物摄入发挥作用，但伴有胃肠道副作用和肌肉萎缩。在此，研究人员鉴定了一种口服生物可利用的多功能小分子，5-十四烷氧基-2-呋喃甲酸（TOFA），它促进能量消耗并重新平衡脂质合成，从而在不影响食物摄入或肌肉质量的情况下显著减轻肥胖、异常葡萄糖稳态和脂肪肝相关疾病。机制上，TOFA抑制脂肪生成酶乙酰辅酶A羧化酶1和2（ACC1/2），并激活过氧化物酶体增殖物激活受体α和δ（PPARα/δ），后者是能量消耗和脂质代谢基因表达程序的关键调节因子。TOFA与肠促胰素类似物（如司美格鲁肽和替尔泊肽）的作用超过相加性，共同改善肥胖、血脂异常和胰岛素抵抗。研究人员的发现表明，TOFA对能量代谢和脂质稳态的协调多靶点作用是解决多种相关代谢疾病的有效方法。

**论文解读：多功能口服小分子TOFA通过靶向能量与脂质代谢治疗肥胖及相关代谢紊乱**

**研究背景**
肥胖及相关代谢紊乱（如血脂异常、胰岛素抵抗、2型糖尿病、代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）/代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH））已成为全球公共卫生负担。当前基于肠促胰素类似物（如司美格鲁肽、替尔泊肽）的治疗主要通过抑制食欲、减少能量摄入发挥作用，但常伴随胃肠道副作用和肌肉质量流失，且停药后易出现体重反弹。因此，开发能够更全面调节能量代谢和脂质稳态的疗法具有迫切需求。乙酰辅酶A羧化酶1和2（ACC1/2）作为从头脂肪合成（DNL）的限速酶和脂肪酸β-氧化的调节因子，是潜在治疗靶点。然而，ACC抑制剂单药治疗常导致高甘油三酯血症这一严重代谢副作用，限制了其临床应用。5-十四烷氧基-2-呋喃甲酸（TOFA）既往被报道为口服生物可利用的ACC1/2抑制剂，却能降低血脂，提示其可能具有额外活性。本研究旨在系统评估TOFA在肥胖及相关代谢疾病模型中的疗效，并阐明其独特作用机制。

**研究人员开展的研究**
研究人员在多种小鼠疾病模型中评估了TOFA的口服疗效，包括高脂饮食（HFD）诱导的肥胖（DIO）模型、胆碱缺乏L-氨基酸定义高脂饮食（CDAA-HFD）诱导的MASLD/MASH模型，以及MUP-uPA转基因小鼠的严重MASH模型。通过代谢笼间接测热法（CLAMS系统）评估能量消耗，利用线粒体压力测试（Seahorse法）检测细胞耗氧率，结合RNA-seq转录组分析和PPARα全身敲除小鼠验证分子机制。此外，还通过生化热位移试验和核激素受体筛选试验（Eurofins DiscoverX）确认TOFA与PPARα/δ的直接结合和激动活性。所有小鼠均购自Jackson Laboratory，细胞系（HepG2、Huh7）来自ATCC或UC Berkeley。

**研究结果**
**TOFA是一种独特的口服生物可利用ACC1/2抑制剂**：体外研究显示，TOFA的硫酯形式TOFyl-CoA对ACC1/2的抑制活性强于母体化合物。与Firsocostat等其他ACC抑制剂相比，TOFA处理HepG2细胞后显著提高耗氧率，通过增加质子漏和备用呼吸能力，表明其不仅抑制ACC，还增强细胞能量消耗。小鼠口服TOFA后血浆半衰期较长，耐受性良好，且肝脏甘油三酯降低而不升高血清甘油三酯，避免了ACC抑制剂的典型副作用。

**TOFA治疗对抗高脂饮食诱导的肥胖小鼠的代谢紊乱**：在DIO小鼠中，TOFA口服治疗4周后体重平均降低18%，主要来自脂肪减少，且不改变食物摄入。血糖稳态改善（空腹血糖降低、葡萄糖耐量改善），胰岛素水平下降。肝脏甘油三酯显著降低，肝脏形态改善，血清甘油三酯和胆固醇（尤其VLDL/LDL部分）下降，呈现有益的血脂谱重塑。

**TOFA治疗赋予代谢和能量稳态益处**：通过代谢笼分析，TOFA处理小鼠在室温（23°C）和热中性条件（30°C）下能量消耗增加约18%，冷暴露（4°C）下仅增加4%，表明非产热依赖性全身代谢激活。能量消耗增加与氧耗和二氧化碳生成升高一致，且脂肪氧化为主要能量来源。肝脏线粒体动力学相关基因表达上调，提示线粒体功能重塑。TOFA还恢复肝脏胰岛素敏感性，且不损害肌肉耐力功能。

**TOFA治疗具有独特的转录谱，揭示PPAR转录网络上调**：RNA-seq分析显示，TOFA处理上调肝脏中PPARα信号通路基因，下调SREBP1转录网络，后者与脂肪酸合成相关。肝源性FGF21（成纤维细胞生长因子21）的mRNA和循环蛋白水平均显著升高，其受PPARα调控，具有促进体重减轻和代谢调节作用。肌肉组织中也观察到PPAR信号通路上调和炎症通路下调。

**PPARα和PPARδ的激活对TOFA完全有益效应至关重要**：在PPARα全身敲除小鼠中，TOFA仍能降低体重，但血清甘油三酯和胆固醇的降低作用减弱。RNA-seq显示PPAR信号通路持续上调，提示PPARδ的补偿作用。细胞基蛋白-蛋白相互作用试验证实TOFA对人PPARα（EC₅₀ = 2.095 μM）和人PPARδ（EC₅₀ = 0.594 μM）具有部分激动活性，而对PPARγ无活性。生化热位移试验表明TOFA直接与PPARα和PPARδ的配体结合域结合，诱导构象变化。

**ACC1/2抑制与PPARα/δ激动在TOFA治疗中的协同效应**：相比单独使用ACC抑制剂Firsocostat或PPARα/δ激动剂Elafibranor，TOFA单药治疗在体重降低、血脂改善等方面效果更优。Firsocostat导致的高甘油三酯血症和体重增加可被Elafibranor纠正，但两药联用仍不及TOFA单药，表明TOFA分子内双重靶向的协同优势。

**TOFA治疗抑制MASLD/MASH发展**：在CDAA-HFD小鼠模型中，TOFA治疗4周后体重减轻8.7%，肝脏甘油三酯显著降低，肝脏炎症标志物（Il1b、Il6、Tnfa）和胶原合成基因（Col1a1、Col3a）表达下降，肝纤维化减轻。在严重MASH的MUP-uPA小鼠模型中，TOFA同样改善肝脏脂肪变性、炎症和纤维化。RNA-seq分析显示PPAR信号通路和脂肪酸β-氧化通路显著上调，炎症通路下调。

**TOFA作为肠促胰素类似物的补充剂增强抗肥胖效果和持久性**：在DIO小鼠中，TOFA与司美格鲁肽或替尔泊肽联合治疗24天，体重减轻幅度显著优于单药治疗，且脂肪减少而肌肉保存。停药后，TOFA处理小鼠体重维持稳定，而司美格鲁肽组出现快速体重反弹，后者与食物摄入增加相关。在CDAA-HFD模型中，联合治疗同样表现出更优的减重和肝脏病理改善。

**总结讨论与结论**
讨论部分指出，TOFA是一种口服生物可利用的ACC1/2抑制剂兼部分PPARα/δ激动剂，通过协同双重靶向克服了单一靶点的局限性。其部分激动特性可能允许更高的治疗剂量窗口，避免全激动剂的毒性。TOFA通过直接结合PPARα和PPARδ的配体结合域，并上调FGF21等下游效应分子，促进能量消耗。与肠促胰素类似物联用可互补能量摄入减少与能量消耗增加，并可能减轻肌肉流失、胃肠道副作用及停药后体重反弹。研究结论指出：这些数据整体支持将TOFA作为进一步临床前开发和临床评估的候选药物，以应对肥胖及相关代谢疾病患者未满足的医疗需求。TOFA是一种单分子多特异性药物，协同靶向能量和脂质代谢的多条通路，为体重管理和代谢疾病治疗提供了有前景的策略。