文献解读|Obesity（9.298）：乌头酸脱羧酶1对小鼠血糖稳态和肥胖的调节作用

通过基因敲除小鼠计划（KOMP）得到Acod1-/-小鼠模型，且在脂多糖（LPS）诱导后，骨髓源性巨噬细胞中的Acod1表达受到抑制，表明基因敲除模型构建成功（图1A）。LPS诱导的全身性炎症导致WT小鼠性腺白色脂肪组织（gWAT）、肠系膜白色脂肪组织 (mWAT) 和腹股沟白色脂肪组织 (iWAT) 中的Acod1表达显著增加（图1B）；同样，DIO野生型小鼠（WT）的gWAT中Acod1表达也显著增加（图1C）。此外，经LPS诱导的全身性炎症导致Acod1在全身多处组织中表达增加，而在肝脏和脾脏中，LPS诱导的衣康酸产生量最多（图2A, B）。

对WT和Acod1-/-小鼠饲喂高脂饮食12周，发现它们的体重呈等速增长，摄食量也无显著差异（图1D，E）。尽管Acod1-/-小鼠终末体重略高于WT组，但这是因为Acod1-/-小鼠的基础体重更大。此外，WT和Acod1-/-小鼠的脂肪质量和瘦体重没有显著差异（图1F），gWAT和iWAT质量也无显著差异，但Acod1-/-小鼠的棕色脂肪组织（BAT）质量显著高于WT组（图1G）。

图1 在炎症和肥胖期间，脂肪组织Acod1表达增加

图2 LPS诱导的Acod1表达和衣康酸产生

在饲喂高脂饮食2周后，WT和Acod1-/-小鼠的葡萄糖耐量试验（GTT）结果没有显著差异，但饲喂12周后，Acod1-/-小鼠血糖浓度显著高于WT组（图3A）。同样，胰岛素耐量试验 (ITT)结果表明，注射胰岛素后，Acod1-/-小鼠血糖浓度显著高于WT组，出现胰岛素抵抗现象（图3B）。此外，WT和Acod1-/-小鼠空腹血糖无显著差异，Acod1-/-小鼠空腹胰岛素水平显著高于WT组，提示出现胰岛素抵抗（图3C）。

图3 Acod1敲除在肥胖期间对糖代谢的影响

组织学检测表明，饲喂高脂饮食不影响附睾脂肪组织（eWAT）的形态和结构（图4A）。Acod1敲除上调MCP1和IL-1RA表达，但TNFα 和 IL-6无显著差异；此外，Adiponectin mRNA表达显著下降（图4B）。接下来对高脂饮食诱导的WT和Acod1-/-小鼠eWAT进行了RNA-seq，鉴定了1033个DEGs。基因集富集分析（GSEA）显示Acod1-/-小鼠的炎症基因显著富集到B细胞活化、淋巴细胞活化、干扰素应答和骨髓应答等（图4C-F）。

图4 Acod1-/-小鼠eWAT中炎症基因表达增加

为了进一步评估衣康酸在调节脂肪细胞功能中的作用，作者用LPS刺激3T3-L1脂肪细胞，发现Acod1表达显著增加（图5A）。为了评估衣康酸衍生物4-OI和DMI是否影响脂肪细胞的分化，用或不用衣康酸类似物处理3T3-L1细胞，未观察到细胞增殖、分化或形态学差异（图5B-D）。为了进一步评估衣康酸衍生物对炎症的作用，在存在或不存在4-OI或DMI的情况下，用LPS处理3T3-L1细胞，4-OI和DMI均显著抑制LPS诱导的MCP1和IL-6表达，同时Nqo1基因（一个Nrf2依赖基因）表达增加（图5 E）。棕榈酸（PA）是血清中最丰富的游离脂肪酸之一，它促进组织中的炎症和胰岛素抵抗。与LPS刺激相似，用PA处理3T3-L1细胞导致Acod1 mRNA表达增加（图5F）。此外，作者还评估了DMI的影响，发现DMI（125 μM）预处理显著抑制了PA诱导的炎症基因表达（图5G）。

图5 3T3-L1脂肪细胞表达Acod1，且经衣康酸处理后炎症信号减弱

WT和Acod1-/-小鼠在第六个月时体重出现差异，12个月时，Acod1-/-小鼠体重和脂肪组织重量显著高于WT组（图6A、B）。GTT和ITT试验进一步表明，Acod1-/-小鼠存在葡萄糖不耐受和胰岛素抵抗（图6C、D）。组织学分析表明，Acod1-/-小鼠eWAT中的脂肪细胞尺寸更大（图6E）。此外，Acod1-/-小鼠心脏和肾脏重量也显著增加，Acod1-/-小鼠心脏肥大与心肌细胞大小增加相关（图7A-C）。

进一步对eWAT进行RNA-Seq。PCA分析显示，老年Acod1-/-小鼠和高脂饮食组（HFD）组集群，老年Acod1-/-小鼠中炎症基因显著富集到巨噬细胞活化、淋巴细胞活化。和DIO小鼠类似，老年Acod1-/-小鼠中与B细胞活化有关的基因表达增加，这表明Acod1-/-小鼠随着年龄增长而肥胖，导致了不健康的WAT扩张和骨髓炎症（图8A-D）。

图6 Acod1-/-小鼠随年龄增长出现自发性肥胖和葡萄糖代谢受损

图7 Acod1-/-小鼠的器官肥大

图8 老年Acod1-/-小鼠的炎症基因表达增加及12月龄小鼠eWAT的RNA-Seq

基于以上发现，作者使用实验动物检测系统（CLAMS）进一步探究了Acod1-/-小鼠随年龄增加而自发性肥胖的机制。CLAMS期间，Acod1-/-小鼠的食物摄入量增加，每只小鼠的静息能量消耗增加，当瘦体重正常化时，这些都消失了（图9A、B）。Acod1-/-和WT小鼠的活动和呼吸交换率无差异。底物利用评估表明，与WT组相比，Acod1-/-小鼠的脂肪氧化减少，葡萄糖氧化增加（图8 C）。eWAT的RNA-Seq鉴定到1279个DEGs。Acod1-/-小鼠中，和脂肪合成、脂质生物合成、脂肪酸合成等通路相关的基因（如Acly, Fasn, Slc27a1, Acbp）显著增加（图9D、E）。

图9 非肥胖Acod1-/-小鼠的能量底物利用发生了改变