雄激素-PDH轴调控内脏脂肪线粒体呼吸的性别二态性

《Cell Reports》：Androgen-PDH axis modulates sexual dimorphism of mitochondrial respiration in visceral fat

　　

性别二态性的脂肪线粒体功能（雄性活性较低）与内脏肥胖及代谢风险相关，但其潜在机制尚不明确。研究人员发现，雄激素–雄激素受体(AR)信号抑制内脏脂肪组织(VAT)中的线粒体呼吸与产热，促进内脏脂肪堆积。机制上，雄激素–AR信号抑制编码丙酮酸脱氢酶(PDH)亚基的Pdhb转录，从而降低PDH活性、乙酰辅酶A水平、H3K27乙酰化(H3K27ac)以及线粒体呼吸相关基因启动子处的染色质可及性。值得注意的是，过表达Pdhb可大幅逆转这些改变并恢复线粒体功能。此外，PDH激活剂二氯乙酸钠(DCA)可增强雄性小鼠的线粒体呼吸并减少内脏脂肪。多组学分析揭示，雄激素–PDH轴在内脏脂肪细胞中编排了一种雄性特异性的基于染色质的转录景观，涵盖线粒体与代谢通路。综上，本研究将雄激素–PDH轴鉴定为VAT中线粒体代谢与脂肪稳态性别二态性的关键调节者。

研究背景与立项依据

性别差异在代谢疾病易感性中表现显著，中青年男性2型糖尿病(T2DM)与代谢综合征患病率高于女性，并与内脏脂肪组织(VAT)堆积密切相关。线粒体呼吸与产热功能在脂肪稳态中起核心作用，既往研究显示脂肪组织线粒体功能存在性别二态性（雄性较低），但机制未明。雌激素的保护作用已有报道，而雄激素–雄激素受体(AR)信号在雄性内脏脂肪细胞中的功能影响与机制基础尚未系统阐明。鉴于VAT堆积是男性代谢脆弱性的关键驱动，研究人员聚焦雄激素是否及如何通过AR抑制VAT线粒体呼吸，进而塑造性别二态性。

论文发表于《Cell Reports》，研究人员通过体内外模型结合单核RNA测序(snRNA-seq)、CUT&Tag、ATAC-seq等多组学手段，揭示雄激素–AR–Pdhb–PDH轴抑制VAT线粒体呼吸与产热，并通过降低乙酰辅酶A→H3K27ac→染色质可及性，建立雄性特异性转录景观，DCA干预可逆转表型。

主要关键技术方法（≤250字）

研究人员使用公共小鼠VAT单核RNA测序(snRNA-seq)数据集(GSE176171)界定细胞类型与差异表达；构建脂肪细胞特异性AR条件敲除(Adipoq-cre ARcKO)小鼠、去势与睾酮回补雄鼠模型、雌鼠睾酮处理模型；体外由VAT基质血管分数(SVF)分化为米色脂肪细胞并以睾酮处理；采用AR与H3K27ac的CUT&Tag、ATAC-seq描绘染色质状态；并行snRNA-seq整合分析；以腺病毒过表达Pdhb、siRNA敲低Pdhb、二氯乙酸钠(DCA)激活PDH；人VAT样本来自上海交通大学医学院附属瑞金医院肥胖手术队列（男18例、女14例）用于PDHB表达与相关分析。

研究结果

雄激素抑制VAT线粒体呼吸

snRNA-seq显示雄鼠成熟脂肪细胞中线粒体氧化磷酸化(OXPHOS)、产热、丙酮酸代谢、三羧酸循环(TCA)通路下调。雌鼠给睾酮剂量依赖抑制OXPHOS/产热基因与线粒体数；雄鼠去势能升高上述基因并减VAT，睾酮回补逆转。体外SVF分化脂肪细胞经睾酮(10^?9–10^?7 M)处理，基础/最大/ATP偶联呼吸与质子漏均受抑，OXPHOS与产热基因及线粒体数下降。已分化细胞短期处理亦得同样结果，证明不依赖分化抑制。

雄激素经AR抑制VAT线粒体呼吸

ARcKO脂肪细胞睾酮抑呼吸效应消失；体内ARcKO小鼠VAT中OXPHOS/产热基因上调、线粒体密度增高、VAT重量与脂滴减小，CL316,243刺激下更显著；BAT与SAT无此变化，VAT中AR表达最高。证明雄激素经AR起效且具VAT depot特异性。

Pdhb受雄激素–AR抑制且在雄鼠VAT偏低

CUT&Tag显示睾酮增加AR在Pdhb启动子区占有；snRNA-seq差异基因与AR差异结合区交集锁定Pdhb。去势升Pdhb、睾酮回补降之；体外睾酮剂量抑制Pdhb；ARcKO中睾酮不再抑制Pdhb，ARcKO小鼠VAT中Pdhb升高。人VAT荟萃分析男性PDHB低于女性；人样本中女性PDHB与睾酮负相关趋势、与BMI负相关，PDHB与线粒体基因正相关。

Pdhb与PDH介导雄激素对呼吸的抑制

siPdhb敲低模拟睾酮抑呼吸且使睾酮效应消失；Ad-Pdhb过表达恢复睾酮下的PDH活性、OXPHOS蛋白、线粒体数与呼吸。雄鼠饮水中加DCA(500 mg/kg×3周)升VAT中PDH活性、线粒体基因表达，降VAT重量与脂滴大小，表型类ARcKO。

雄激素经抑Pdhb降低组蛋白乙酰化与染色质可及性

睾酮降乙酰辅酶A与H3K27ac，Ad-Pdhb过表达回升。H3K27ac CUT&Tag示睾酮下TSS附近乙酰化降、过表达Pdhb回升，差异峰富集于启动子；ATAC-seq示Atp5f1c、Ndufb1、Cox8a、Atp5pb等启动子可及性睾酮下降、Pdhb过表达恢复。人VAT中上述基因男性表达低于女性。

雄激素–Pdhb轴塑造雄性特异性染色质转录景观

整合ATAC、H3K27ac CUT&Tag与snRNA-seq：雄性下调差异基因中70.41%在睾酮下染色质可及性降，其中64.76%因Pdhb过表达可及性回升；通路富集于OXPHOS、TCA、产热及T细胞受体、NAFLD等。转录因子Srebf1、Nr3c1、Pparg、Ppard、Id3、Zfp263等启动子可及性与H3K27ac受雄激素–Pdhb轴调控，其靶基因富集于OXPHOS、胰岛素耐药、NAFLD、T2DM。

讨论与结论翻译

讨论指出，雌性保护部分归雌激素–ERα，而本研究提供雄性VAT中雄激素–AR–Pdhb–PDH抑制呼吸与产热的独立机制；Pdhb为AR直接靶标，PDH活性下降致乙酰辅酶A枯竭→全局H3K27ac降低→雄性特异性染色质景观。DCA在雄鼠减VAT印证靶向PDH的治疗潜力。局限为人VAT为观察性、AR辅因子介导抑制的细节未全明。

结论（翻译）：本研究揭示雄激素–AR信号通过抑制Pdhb表达与PDH活性，抑制VAT线粒体呼吸与产热，并进一步鉴定雄激素–PDH轴调控内脏脂肪细胞雄性特异性基于染色质的转录景观，为VAT代谢稳态性别二态性提供机制洞察；PDH激活剂DCA增强雄鼠线粒体呼吸并减少内脏脂肪，提示靶向Pdhb/PDH激活可作为缓解雄性内脏肥胖及相关代谢障碍的策略。