Nat Metab︱汤其群/钱淑文团队发现M2巨噬细胞通过交感神经促进脂肪组织产热

撰文︱钱淑文

责编︱王思珍

米色脂肪（beige adipose）是一类具有产热功能的脂肪，可以将营养物质代谢产生的能量转化为热能，用于维持体温。米色脂肪在成年人体内广泛分布，在一定条件下（如冷刺激和运动）被激活。脂肪组织含有多种类型的细胞，其中交感神经合成和释放去甲肾上腺素（norepinephrine，NE），NE与脂肪细胞表面的β3肾上腺素能受体（β3-AR）结合，激活下游蛋白激酶A（PKA）。PKA激活激素敏感性酯酶（HSL）促进脂解，同时激活解偶联蛋白（UCP1）促进产热。脂肪组织巨噬细胞（adipose tissue macrophages，ATMs）对于脂肪组织代谢功能具有重要调节作用。巨噬细胞可分为致炎性的M1样巨噬细胞和抗炎性的M2样巨噬细胞。米色脂肪的激活伴随着M2样巨噬细胞的增加[1-3]，曾有研究认为巨噬细胞通过分泌儿茶酚胺类物质促进米色脂肪活性[4]，但很快被另一项研究否定[5]。因此虽然M2巨噬细胞活化和米色脂肪激活两者的正相关性是明确的，但巨噬细胞如何作用于其它细胞的直接证据很少。

2021年11月15日，复旦大学的汤其群、钱淑文合作团队在《自然-代谢》（Nature Metabolism）上在线发表了题为“Slit3 secreted from M2-like macrophages increases sympathetic activity and thermogenesis in adipose tissue”的研究成果，提出了M2巨噬细胞/Slit3/交感神经/脂肪细胞轴这一米色脂肪激活新机制。王艺娜为论文的第一作者，钱淑文和汤其群为论文的共同通讯作者。该研究发现，脂肪组织内M2巨噬细胞分泌Slit3蛋白，结合交感神经上的受体Robo1，激活Ca²⁺/CaMKⅡ通路促进去甲肾上腺素分泌，从而增加脂肪细胞的分解代谢和产热，提高小鼠的冷耐受能力。

该团队之前的研究成果发现M2巨噬细胞的条件培养基可以促进脂肪组织产热基因UCP1表达升高，血管新生等米色脂肪激活的特征变化；另外M2型巨噬细胞移植到体内也能促进白色脂肪米色化，增加小鼠的整体代谢率[3]。以上结果提示巨噬细胞能够通过旁分泌的作用影响其它细胞，在米色脂肪激活中发挥作用。

为了探究这一问题，首先需要筛选巨噬细胞分泌因子。为了能将符合生理变化的分泌因子筛选出来，研究团队又回到体内寻找冷适应时脂肪组织巨噬细胞差异变化的基因。他们分别分离了4℃冷暴露3天和室温饲养小鼠皮下脂肪组织，用流式细胞技术分选其中的M2巨噬细胞，进行RNA测序检测，进而比较两组差异表达的基因，KEGG分析有显著性变化的信号通路是轴突导向（axon guidance），其中有些基因表达的蛋白是分泌蛋白，团队把目标集中在表达量最高的分泌蛋白Slit3（slit guidance ligand 3）上（图1 a-e）。进一步通过检测M2巨噬细胞内和培养上清内Slit3的蛋白水平（图1 f-j），M2巨噬细胞被冷刺激诱导生成和分泌Slit3的功能被确认。

图1 冷刺激诱导M2巨噬细胞表达和分泌Slit3

（图源：Wang, YN. et al., Nat Metab, 2021）

为了研究巨噬细胞来源的Slit3的功能，研究团队将过表达Slit3的M2巨噬细胞移植到皮下脂肪组织部位，发现（图2）脂肪组织内脂解基因和UCP1表达增加；催化生成NE的络氨酸羟化酶的表达增加；脂肪组织耗氧量增加；小鼠整体代谢水平增加；产热增加。另一方面，若在巨噬细胞内敲除Slit3（Slit3^f/f lyz2^cre）（图3），那么上述从分子水平到整体水平的一系列变化均降低，也支持巨噬细胞分泌Slit3激活米色脂肪这一结论。

图2 移植表达Slit3的M2巨噬细胞到脂肪组织可激活交感神经并促进产热

（图源：Wang, YN. et al., Nat Metab, 2021）

图3 髓系敲除Slit3抑制小鼠脂肪组织交感活性和产热功能

（图源：Wang, YN. et al., Nat Metab, 2021）

为了明确Slit3是否通过交感神经来激活米色脂肪。团队研究人员给用重组的Slit3蛋白或者过表达Slit3的巨噬细胞条件培养基处理培养的脂肪细胞（图4 a, b）或者交感神经细胞（图4 c-e），发现Slit3能调节交感神经，但对脂肪细胞没有明显的作用。Slit3在体内促进产热的作用能被去神经的操作所阻断（图4 f-n）。这些结果说明Slit3是通过交感神经来激活米色脂肪的。

图4 Slit3通过激活交感神经促进脂肪产热

（图源：Wang, YN. et al., Nat Metab, 2021）

那么Slit3是如何激活交感神经的呢？该研究发现交感神经细胞系PC12表达Slit3受体Robo1（图5 a-d），并且在小鼠皮下脂肪内Robo1和交感神经特征性表达的酪氨酸羟化酶（TH）存在共定位（图5 e）。若是在脂肪组织局部敲低Robo1，那么Slit3促进产热的功能被抑制（图5 f-l）。因此，Slit3通过Robo1受体激活Ca²⁺/CaMKⅡ，进而激活TH磷酸化，促进去甲肾上腺素的合成和分泌。

图5 Slit3结合交感神经上的受体Robo1激活Ca²⁺/CaMKⅡ通路促进去甲肾上腺素的合成

（图源：Wang, YN. et al., Nat Metab, 2021）

图6 模式图：米色脂肪激活机制-M2巨噬细胞/Slit3/交感神经/脂肪细胞轴

（图源：Wang, YN. et al., Nat Metab, 2021）

文章结论与讨论，启发与展望综上所述，该研究通过高通量测序筛选出巨噬细胞分泌蛋白Slit3，利用细胞模型和动物模型证明Slit3通过交感神经上的受体Robo1和Ca²⁺/CaMKⅡ通路激活TH，进而促进去甲肾上腺素的合成和分泌。在脂肪组织产热过程中发挥作用。本研究提供了免疫细胞（巨噬细胞）和神经细胞（交感神经）之间cross talk的直接证据，部分解决了巨噬细胞激活米色脂肪的机制。巨噬细胞的增值提供了长效激活交感神经的方式，这是一种慢性冷适应的机制。并且，因为巨噬细胞只在脂肪组织局部增值，交感神经的激活和去甲肾上腺素的释放也局限于局部，避免去甲肾上腺素对身体其它组织如心血管或肌肉等造成压力。那么巨噬细胞如何感知温度而被激活和增殖？这个问题在该研究没有解决，值得进一步探索。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s42255-021-00482-9

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参考文献（上下滑动查看）  

1. Hui, X., et al., Adiponectin Enhances Cold-Induced Browning of Subcutaneous Adipose Tissue via Promoting M2 Macrophage Proliferation. Cell Metabolism, 2015. 22(2): p. 279-290.

2. Qian Shuwen, et al., BMP4-mediated brown fat-like changes in white adipose tissue alter glucose and energy homeostasis. PNAS, 2013.2.26, 110(9): E798~E807.

3. Qian, S., et al., BMP4 facilitates beige fat biogenesis via regulating adipose tissue macrophages. Journal of molecular cell biology, 2019. 11(1): p. 14-25.

4. Nguyen, K.D., et al., Alternatively activated macrophages produce catecholamines to sustain adaptive thermogenesis. Nature, 2011. 480(7375): p. 104-8.

5. Fischer, K., et al., Alternatively activated macrophages do not synthesize catecholamines or contribute to adipose tissue adaptive thermogenesis. Nat Med, 2017. 23(5): p. 623-630.

制版︱王思珍

本文完