骨骼肌分泌因子Musclin抑制脂肪細胞產熱代謝，調控全身能量平衡的新機制

骨骼肌肉系統具有重要的內分泌和免疫功能。運動的肌肉能分泌出多樣細胞因子。包含了神經激素，腦源性神經營養因子(BDNF)，抗炎癥性細胞因子，炎癥促進性細胞因子等提供內分泌和免疫物質。肌肉也是人體重要內分泌免疫系統。

2023年7月19日，浙江大學基礎醫學院孟卓賢研究員團隊和浙江大學醫學院附屬兒童醫院傅君芬教授團隊合作在《Nature Communications》雜志在線發表題為“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，發現并揭示了骨骼肌分泌因子Musclin抑制脂肪細胞產熱代謝，調控全身能量平衡的新機制。

該研究首先通過整合分析人骨骼肌樣本的基因表達譜和分泌因子編碼基因的組織分布圖譜，篩選得到一個在肥胖患者的骨骼肌中顯著上調，且在骨骼肌中特異性高表達的分泌因子Musclin。進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，作者發現Musclin在肥胖和T2D患者和小鼠骨骼肌中顯著高表達，引起血漿中的蛋白水平顯著上調，提示Musclin可能是促進肥胖及其相關代謝性疾病發生的一個重要風險因子（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

為了進一步研究Musclin對脂肪組織和全身代謝的影響，研究人員構建了兩種Musclin gain-of-function小鼠模型：骨骼肌特異性Musclin轉基因（MCK-Musclin）和AAV介導的Musclin過表達小鼠。研究發現，在正常飲食喂養條件下，Musclin過表達即可抑制小鼠的產熱功能，增加皮下脂肪含量，而對小鼠的攝食和運動能力無明顯影響。通過對經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）及骨骼肌等多個組織器官進行基因表達譜分析，研究人員發現Musclin顯著抑制iWAT中大量脂肪酸代謝、細胞呼吸、葡萄糖代謝以及適應性產熱等通路相關基因的表達。這些結果提示，Musclin主要靶向皮下脂肪組織并抑制其產熱功能。進一步研究發現MCK-Musclin或 AAV介導的Musclin過表達顯著加重小鼠高脂飲食（HFD）誘導的肥胖及其相關代謝異常。

機制研究方面，研究人員借助體外細胞模型（C3H10T1/2分化的米色脂肪細胞），確定了Musclin蛋白對于米色脂肪細胞氧氣消耗率（OCR）及糖脂代謝和產熱基因表達的直接抑制效果，并且發現Musclin的抑制產熱功能依賴于cAMP/PKA信號途徑。接著，研究人員通過臨近蛋白生物素標記技術（BioID）結合質譜技術分析Musclin-BirA*融合蛋白（BirA*是一種生物素連接酶）處理組與對照組細胞膜上被Biotin標記的差異蛋白，發現了Musclin在產熱脂肪細胞上的新受體：Tfr1（轉鐵蛋白受體1）（圖2）。進而，利用Tfr1脂肪細胞特異性基因敲降小鼠模型、SPR分子互作實驗、以及基因敲降細胞模型等多種體內外研究手段，作者確定了Tfr1在米色脂肪細胞中選擇性高表達，介導了Musclin對其產熱代謝功能的選擇性調控作用（圖2）。

圖2 Musclin在米色脂肪細胞上作用受體的篩選及驗證

為了探索靶向抑制Musclin對肥胖及其相關代謝性疾病的治療作用和潛在臨床轉化價值，研究人員構建了兩種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。研究結果顯示：Musclin基因缺失或功能阻斷均能顯著增強小鼠皮下脂肪的產熱功能、提高全身代謝率，進而改善高脂飲食（HFD）誘導的肥胖和代謝紊亂。這些結果進一步從反面驗證了Musclin的產熱代謝抑制效應，并提示Musclin可作為肥胖和T2D的潛在治療新靶點。

綜上所述，該研究從人群樣本出發，篩選并發現骨骼肌分泌因子Musclin在肥胖患者骨骼肌和血液循環中顯著高表達。進而，從正反兩方面證明了其通過抑制米色脂肪細胞產熱代謝、降低機體能量消耗，在全身糖脂代謝穩態調控中發揮重要作用。此外，該工作首次發現并確定了Musclin在產熱脂肪細胞膜上的作用受體Tfr1，及其下游cAMP/PKA依賴的信號轉導途徑（圖3）。

圖3 Musclin靶向Tfr1/cAMP/PKA信號抑制脂肪細胞產熱代謝

值得一提的是，過去研究發現了多個分泌因子能夠促進棕色和米色脂肪的產熱功能，而該研究首次報道了對皮下脂肪的產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話調控脂肪產熱功能和全身代謝穩態，為肥胖及其相關代謝性疾病的診治提供了潛在新型生物標志物和干預新靶點（相關發明專利已申請）。

浙江大學基礎醫學院孟卓賢研究員為論文的最后通訊作者，浙江大學附屬兒童醫院傅君芬教授為共同通訊作者。浙江大學醫學院金露博士（已畢業）、韓爽博士后（已出站）、在讀博士生呂雪、連云港市第一人民醫院運動醫學科李小飛副主任醫師為論文共同第一作者。該課題得到基礎醫學院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基金、科技部國家重點研發計劃、浙江省自然科學基金、浙江大學基礎醫學院原創探索培育計劃項目等基金項目的資助。

論文鏈接：

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