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浙大單體中教授團隊揭示CRTC3調節豬脂肪細胞脂代謝和成脂分化的通路機制

脂肪積累，尤其是肌內脂肪積累，與肉質直接相關，如胴體瘦肉率、嫩度和風味。過多的脂肪積累還會導致肥胖，增加患多種代謝性疾病的風險，包括II型糖尿病、心血管疾病等。因此，近年來如何調節脂質積累和代謝受到越來越多的關注。

近期，浙江大學單體中教授組在《J. Agric. Food Chem》上發表一篇題為“CRTC3 Regulates the Lipid Metabolism and Adipogenic Differentiation of Porcine Intramuscular and Subcutaneous Adipocytes by Activating the Calcium Pathway”的研究，為CRTC3基因在豬脂肪細胞中的調控作用提供了新的見解，提示CRTC3可能是調控動物脂肪沉積的一個重要靶點。

研究背景

 根據脂肪組織的位置，可分為皮下(SC)脂肪、肌內(IM)脂肪和內臟脂肪。SC脂肪和IM脂肪都是由大量的脂肪細胞組成，這些脂肪細胞線粒體很少，可以儲存能量。然而，SC脂肪細胞和IM脂肪細胞在許多方面也有不同的特點。該團隊已經通過先前研究發現CRTC3過表達改變了SC脂肪細胞的代謝物組成以及基因的表達，因此本研究旨在探究CRTC3在豬IM脂肪細胞中的代謝及其轉錄調控作用，以及CRTC3對豬脂肪細胞的調控機制。

研究思路

 首先，從三日齡的豬中分離出肌內（IM）和皮下（SC）脂肪細胞，利用腺病毒對CRTC3基因進行過表達和干擾。應用非靶向代謝組學分析脂肪細胞中代謝物的變化，通過質譜等方法鑒定出顯著改變的代謝物，對其中變化更顯著的脂質代謝物的亞類進行分析。利用RNA seq闡明IM脂肪細胞的轉錄變化并繪制與代謝相關的路徑圖，確定差異表達基因（DEG），揭示CRTC3參與脂質代謝和成脂分化的調控途徑。

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圖a.CRTC3在豬IM脂肪細胞中過表達

圖b.在IM和SC脂肪細胞中對CRTC3進行干擾

部分研究結果

1. 過表達CRTC3促進了豬IM脂肪細胞中脂質積累，并改變了總代謝物

 為確定CRTC3對IM脂肪細胞代謝的影響，研究者分別利用CRTC3過表達（pAdM-FH-GFP-CRTC3，簡稱OE-CRTC3）和干擾的腺病毒（pAdM-FH-GFP-sh-CRTC3，簡稱sh-CRTC3）對脂肪細胞進行感染,通過非靶向代謝組學分析確定CRTC3過表達的IM脂肪細胞中代謝物的變化，發現CRTC3過表達細胞中代謝產物的含量發生了很大變化，以脂類代謝物變化尤為明顯。通過比較過表達CRTC3的IM和SC脂肪細胞中共同代謝物，發現很大一部分是參與糖蛋白（GP）代謝的脂質代謝產物，這表明CRTC3過表達改變了豬脂肪細胞的脂質代謝。

圖1.CRTC3過表達改變豬脂肪細胞代謝

2. CRTC3過表達改變了IM脂肪細胞代謝途徑相關基因的表達，尤其是糖蛋白代謝

 為探索CRTC3過表達后發生改變的基因，研究者應用RNAseq來闡明IM脂肪細胞的轉錄變化并繪制與代謝相關的路徑圖，以確定DEG。發現CRTC3過表達改變了糖蛋白的代謝，不僅表現在顯著改變了糖蛋白生物合成相關基因的表達，如甘油-3磷酸酰基轉移酶(GPAT)、脂素基因(LPIN)等，還改變了糖蛋白代謝相關基因的表達，如溶血卵磷脂酰基轉移酶3(LPCAT3)、跨膜O-酰基轉移酶超家族(MBOATs)等。

圖2.CRTC3調控GP代謝相關途徑

3. CRTC3過表達的IM和SC脂肪細胞中的DEG比較

 接著，研究者比較了CRTC3過表達的IM和SC脂肪細胞中的DEG，發現CRTC3過表達顯著上調了Ca2+/cAMP信號通路相關的DEG，且KEGG分析表明在SC和IM脂肪細胞中過表達CRTC3時，鈣信號通路起了重要作用。

圖3.CRTC3過表達的IM和SC脂肪細胞調控途徑分析

4. CRTC3通過鈣信號通路促進成脂分化

 研究者構建了一個鈣代謝網絡，以確定DEG如何介導CRTC3的調節作用。結果發現CRTC3的過表達上調了PKG和PKC的表達水平，而二者的高表達會導致H2O2和胰島素分泌增加，并伴隨著更高的Ca2+水平。而且在IM和SC脂肪細胞中，CRTC3過表達顯著上調了鈣調蛋白依賴蛋白激酶CAMK1和CAMK4的表達水平，導致細胞內鈣的顯著增加等。接著，研究者使用不同劑量的CaCl2處理IM和SC脂肪細胞，發現CaCl2處理導致脂肪細胞內鈣和脂肪沉積相關基因的表達升高，且未改變脂肪細胞的形態。這些結果表明，CRTC3過表達通過鈣信號通路增加IM和SC脂肪細胞內鈣離子水平，刺激其成脂分化。

圖4.IP3R2突變小鼠GABA能神經傳遞功能受損，并可通過ATP給藥恢復

 為證實上述觀點，研究者在脂肪細胞中對CRTC3基因表達進行了干擾。與預期一致，低表達CRTC3不影響IM或SC脂肪細胞的形態，但抑制細胞內鈣含量，且脂質積累和甘油三酯含量顯著降低。接著，研究者利用CaCl2進行補救，發現CaCl2處理后，低表達CRTC3基因的脂肪細胞內鈣離子、CAMK1和CAMK4以及脂肪沉積相關基因的顯著升高，這些結果進一步證明CRTC3可能通過鈣信號通路影響IM和SC脂肪細胞的成脂分化。

圖5.CRTC3低表達抑制成脂分化并可通過補充CaCl2來挽救

結論及意義