骨骼肌肉系統(tǒng)具有重要的內(nèi)分泌和免疫功能。運(yùn)動(dòng)的肌肉能分泌出多樣細(xì)胞因子。包含了神經(jīng)激素，腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)，抗炎癥性細(xì)胞因子，炎癥促進(jìn)性細(xì)胞因子等提供內(nèi)分泌和免疫物質(zhì)。肌肉也是人體重要內(nèi)分泌免疫系統(tǒng)。

2023年7月19日，浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院孟卓賢研究員團(tuán)隊(duì)和浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬兒童醫(yī)院傅君芬教授團(tuán)隊(duì)合作在《Nature Communications》雜志在線發(fā)表題為“The muscle-enriched myokine Musclin impairs beige fat thermogenesis and systemic energy homeostasis via Tfr1/PKA signaling in male mice” 的研究論文，發(fā)現(xiàn)并揭示了骨骼肌分泌因子Musclin抑制脂肪細(xì)胞產(chǎn)熱代謝，調(diào)控全身能量平衡的新機(jī)制。

該研究首先通過整合分析人骨骼肌樣本的基因表達(dá)譜和分泌因子編碼基因的組織分布圖譜，篩選得到一個(gè)在肥胖患者的骨骼肌中顯著上調(diào)，且在骨骼肌中特異性高表達(dá)的分泌因子Musclin。進(jìn)一步利用大樣本人群以及肥胖和T2D小鼠模型的骨骼肌和血液樣本，作者發(fā)現(xiàn)Musclin在肥胖和T2D患者和小鼠骨骼肌中顯著高表達(dá)，引起血漿中的蛋白水平顯著上調(diào)，提示Musclin可能是促進(jìn)肥胖及其相關(guān)代謝性疾病發(fā)生的一個(gè)重要風(fēng)險(xiǎn)因子（圖1）。

圖1 骨骼肌分泌因子Musclin在超重或肥胖患者的骨骼肌中顯著高表達(dá)

為了進(jìn)一步研究Musclin對(duì)脂肪組織和全身代謝的影響，研究人員構(gòu)建了兩種Musclin gain-of-function小鼠模型：骨骼肌特異性Musclin轉(zhuǎn)基因（MCK-Musclin）和AAV介導(dǎo)的Musclin過表達(dá)小鼠。研究發(fā)現(xiàn)，在正常飲食喂養(yǎng)條件下，Musclin過表達(dá)即可抑制小鼠的產(chǎn)熱功能，增加皮下脂肪含量，而對(duì)小鼠的攝食和運(yùn)動(dòng)能力無明顯影響。通過對(duì)經(jīng)過慢性冷刺激處理的MCK-Musclin小鼠腹股溝皮下脂肪（iWAT）、棕色脂肪（BAT）、附睪脂肪（eWAT）及骨骼肌等多個(gè)組織器官進(jìn)行基因表達(dá)譜分析，研究人員發(fā)現(xiàn)Musclin顯著抑制iWAT中大量脂肪酸代謝、細(xì)胞呼吸、葡萄糖代謝以及適應(yīng)性產(chǎn)熱等通路相關(guān)基因的表達(dá)。這些結(jié)果提示，Musclin主要靶向皮下脂肪組織并抑制其產(chǎn)熱功能。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)MCK-Musclin或 AAV介導(dǎo)的Musclin過表達(dá)顯著加重小鼠高脂飲食（HFD）誘導(dǎo)的肥胖及其相關(guān)代謝異常。

機(jī)制研究方面，研究人員借助體外細(xì)胞模型（C3H10T1/2分化的米色脂肪細(xì)胞），確定了Musclin蛋白對(duì)于米色脂肪細(xì)胞氧氣消耗率（OCR）及糖脂代謝和產(chǎn)熱基因表達(dá)的直接抑制效果，并且發(fā)現(xiàn)Musclin的抑制產(chǎn)熱功能依賴于cAMP/PKA信號(hào)途徑。接著，研究人員通過臨近蛋白生物素標(biāo)記技術(shù)（BioID）結(jié)合質(zhì)譜技術(shù)分析Musclin-BirA*融合蛋白（BirA*是一種生物素連接酶）處理組與對(duì)照組細(xì)胞膜上被Biotin標(biāo)記的差異蛋白，發(fā)現(xiàn)了Musclin在產(chǎn)熱脂肪細(xì)胞上的新受體：Tfr1（轉(zhuǎn)鐵蛋白受體1）（圖2）。進(jìn)而，利用Tfr1脂肪細(xì)胞特異性基因敲降小鼠模型、SPR分子互作實(shí)驗(yàn)、以及基因敲降細(xì)胞模型等多種體內(nèi)外研究手段，作者確定了Tfr1在米色脂肪細(xì)胞中選擇性高表達(dá)，介導(dǎo)了Musclin對(duì)其產(chǎn)熱代謝功能的選擇性調(diào)控作用（圖2）。

圖2 Musclin在米色脂肪細(xì)胞上作用受體的篩選及驗(yàn)證

為了探索靶向抑制Musclin對(duì)肥胖及其相關(guān)代謝性疾病的治療作用和潛在臨床轉(zhuǎn)化價(jià)值，研究人員構(gòu)建了兩種Musclin loss-of-function小鼠模型：骨骼肌特異性Musclin基因敲除（Musclin-MKO）小鼠和Musclin中和抗體處理（Musclin Ab）小鼠模型。研究結(jié)果顯示：Musclin基因缺失或功能阻斷均能顯著增強(qiáng)小鼠皮下脂肪的產(chǎn)熱功能、提高全身代謝率，進(jìn)而改善高脂飲食（HFD）誘導(dǎo)的肥胖和代謝紊亂。這些結(jié)果進(jìn)一步從反面驗(yàn)證了Musclin的產(chǎn)熱代謝抑制效應(yīng)，并提示Musclin可作為肥胖和T2D的潛在治療新靶點(diǎn)。

綜上所述，該研究從人群樣本出發(fā)，篩選并發(fā)現(xiàn)骨骼肌分泌因子Musclin在肥胖患者骨骼肌和血液循環(huán)中顯著高表達(dá)。進(jìn)而，從正反兩方面證明了其通過抑制米色脂肪細(xì)胞產(chǎn)熱代謝、降低機(jī)體能量消耗，在全身糖脂代謝穩(wěn)態(tài)調(diào)控中發(fā)揮重要作用。此外，該工作首次發(fā)現(xiàn)并確定了Musclin在產(chǎn)熱脂肪細(xì)胞膜上的作用受體Tfr1，及其下游cAMP/PKA依賴的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑（圖3）。

圖3 Musclin靶向Tfr1/cAMP/PKA信號(hào)抑制脂肪細(xì)胞產(chǎn)熱代謝

值得一提的是，過去研究發(fā)現(xiàn)了多個(gè)分泌因子能夠促進(jìn)棕色和米色脂肪的產(chǎn)熱功能，而該研究首次報(bào)道了對(duì)皮下脂肪的產(chǎn)熱代謝有顯著抑制作用的肌肉分泌因子，通過骨骼肌-脂肪組織之間交叉對(duì)話調(diào)控脂肪產(chǎn)熱功能和全身代謝穩(wěn)態(tài)，為肥胖及其相關(guān)代謝性疾病的診治提供了潛在新型生物標(biāo)志物和干預(yù)新靶點(diǎn)（相關(guān)發(fā)明專利已申請(qǐng)）。

浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院孟卓賢研究員為論文的最后通訊作者，浙江大學(xué)附屬兒童醫(yī)院傅君芬教授為共同通訊作者。浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院金露博士（已畢業(yè)）、韓爽博士后（已出站）、在讀博士生呂雪、連云港市第一人民醫(yī)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)科李小飛副主任醫(yī)師為論文共同第一作者。該課題得到基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院Dante Neculai教授、陳偉教授和武鵬博士的大力支持。研究獲得國家自然科學(xué)基金、科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、浙江省自然科學(xué)基金、浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院原創(chuàng)探索培育計(jì)劃項(xiàng)目等基金項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41467-023-39710-z