个人中心
我是园区
退出
您还不是认证园区！
赶快前去认证园区吧！
白脂素（Asprosin）是哺乳动物白色脂肪组织中产生的一种蛋白质激素。2016年一篇发表于Cell上的文章揭示了Asprosin的发现之旅【1】：新生儿型早衰症（Neonatal Progeroid Syndrome, NPS）是一种罕见的遗传病，其显著特征是极度消瘦和因皮肤下的脂肪层缺失而出现的衰老容貌。医学遗传学家Atul R.Chopra博士及其团队在研究NPS个体时，发现他们的FBN1（fibrilin 1，原纤蛋白）基因发生了突变，在编码过程中pFBN1（profibrillin，前原纤蛋白）会被截去一段，导致pFBN1的C端缺失，缺失的这段被命名为Asprosin（由FBN1 C端的两个外显子编码）。
研究表明，在肝脏中，Asprosin通过环状单磷酸腺苷（cAMP）依赖性途径激活葡萄糖的快速释放。NPS患者由于缺少Asprosin，肝脏释放葡萄糖进入血液过程无法完成，因此机体中表现出较低水平的血糖和胰岛素【1】；在大脑中，Asprosin可以穿过血脑屏障，刺激下丘脑的饥饿中心来控制食欲和体重。在食欲控制中有两类神经元：一类是刺激食欲的AgRP神经元，而另一类抑制食欲的POMC神经元。Asprosin对这两类神经元都有作用：它能激活刺激食欲的AgRP神经元，并使抑制食欲的POMC神经元失效【2】。
Asprosin的发现及研究为糖尿病和肥胖的治疗打开了一扇全新的大门，同时也引出了另一个备受关注的问题：Asprosin的受体是什么？2019年有研究报道了肝脏Asprosin受体OR4M1（Olfr734是小鼠同源基因）【3】。在小鼠中敲除Olfr734后，小鼠表现出明显的肝脏功能缺陷，与Asprosin缺失引起的相关表型一致，而小鼠的食欲、体重并没有受到明显影响，提示在大脑中可能还存在其他受体调控Asprosin在神经系统中的功能。
近日，来自美国哈林顿发现研究所的Atul R. Chopra团队在Cell Metabolism杂志在线发表了题为Protein tyrosine phosphatase receptor d serves as the orexigenic asprosin receptor 的文章，鉴定了调控Asprosin促食欲活性的受体——蛋白酪氨酸磷酸酶受体d（protein tyrosine phosphatase receptor d, Ptprd）。Ptprd缺失将导致小鼠食欲不振、身体消瘦，并且对内源性和外源性Asprosin均无响应。有意思的是，Ptprd的可溶性配体结合结构域（Ptprd-LBD）可以通过捕获（sequester）血浆中的Asprosin来抑制食欲和血糖，进而治疗肥胖小鼠。
为了鉴定Asprosin的促食欲受体，作者将重组Asprosin与小鼠脑组织裂解液共同孵育进行免疫沉淀实验，随后用蛋白质谱检测Asprosin相互作用蛋白。在三次独立实验鉴定出的58个相互作用蛋白中，作者找到唯一一个膜结合受体——Ptprd。Ptprd是由Ptprd基因编码的单次跨膜受体，属于leukocyte common antigen-related protein (LAR)/typer-IIa受体蛋白酪氨酸磷酸酶【4】，在AgRP神经元中高表达【5】。PTPRD基因变异体与多种神经疾病相关，例如成瘾、阿尔兹海默症（AD）、强迫症等，但Ptprd在神经系统中的精确功能仍未知。因此，作者探究了Ptprd与Asprosin促食欲信号通路的相关性。首先通过三种不同的方法证实Ptprd确实在AgRP神经元中高表达，随后通过免疫沉淀实验发现Asprosin主要与PTPRD的胞外结构域相结合，并且二者的亲和力在激素-受体相互作用通常表现出的范围内。
作者发现Ptprd缺失（Ptprd-/-）小鼠异常消瘦、食欲低下、其皮下和腹腔内的脂肪团块也显著减少、能量消耗和食物摄取也显著降低，这些表型与Asprosin功能失调引起的饮食和体重缺陷非常类似。单个Ptprd等位基因敲除会出现怎样的表型呢？作者跟踪了正常饮食（normal chow, NC）下Ptprd+/+和Ptprd+/-（单个Ptprd等位基因敲除）小鼠的体重情况，10周龄Ptprd+/-雌性体重略低于野生型，体重的轻微减少伴随着食物摄入量的显著减少，能量消耗并没有明显改变。然而，给小鼠喂食高脂肪饮食（high-fat diet, HFD）10周后，Ptprd+/-组比对照组雌鼠少摄入近40%的食物，体重也比WT少近4g，表明单个Ptprd等位基因的缺失可以保护雌性小鼠免受HFD诱导的肥胖。有趣的是，单个Ptprd等位基因缺失的代谢结果是与性别相关的，在NC或HFD中，Ptprd+/-和Ptprd+/+雄性小鼠的体重、食物摄入或能量消耗并没有明显差异。作者还构建了在AgRP神经元中特异性敲除Ptprd的小鼠。在NC下，AgRP-Cre+;Ptprdf/f与Ptprdf/f对照组在体重、食物摄入或能量消耗方面都没有明显差异。这与全身Ptprd缺失时体重、食欲和能量消耗的下降不一致，表明NC中AgRP神经元特异性Ptprd缺失可能通过其他细胞类型中完整的Asproin-Ptprd信号通路来补偿。然而，在HFD下，AgRP神经元特异性敲除Ptprd可以保护雌性小鼠免受饮食诱导的肥胖。
随后，作者检测了Ptprd缺失对Asprosin介导的AgRP神经元活化的影响。在成年小鼠大脑单侧的AgRP神经元中敲除Ptprd后，AgRP神经元不再响应Asprosin，表明在asprosin介导的AgRP神经元激活中Ptprd是绝对必要的。进一步，作者在WT和Ptprd-/-小鼠的尾静脉中注射携带人FBN1（含天然信号肽）或human cleaved asprosin（包含一个IL2信号肽促进分泌）的腺病毒，然后检测Asprosin-GOF（gain-of-function）诱导的代谢表型。在注射Ad5-FBN1或Ad5-Asprosin后，WT小鼠表现出暴饮暴食、较高的血糖和较低的葡萄糖耐受，与之前的结果一致，而Ptprd-/-小鼠的食欲并没有受到任何影响，其血糖和糖耐受的变化与WT小鼠基本相同，表明Ptprd对Asprosin的促食欲活性是必要的。
Ptprd phosphatase domain 1 (PD1) 直接与转录因子STAT3（signal transducer and activator of transcription 3）相互作用，进而对STAT3的705位酪氨酸残基进行去磷酸化并抑制其转录活性【6】，因此Stat3磷酸化和转录活性可作为Asprosin介导的Ptprd信号通路的检测指标。作者发现用Asprosin处理WT小鼠后，注射Ad5-FBN1的小鼠下丘脑中的p-Stat3水平明显降低；相反，Ptprd-/-小鼠下丘脑中p-Stat3显著升高。通过siRNA敲低HEK293T细胞中的PTPRD可以显著增加p-Stat3水平和Stat3的转录活性。在细胞中转染human cleaved asprosin增强培养基中的Asprosin水平，可导致Stat3转录活性呈剂量依赖性降低，额外再引入anti-Asprosin单抗时可以显著增强Stat3活性，表明细胞外的Asprosin中和可以完全阻止Asprosin信号转导。更重要的是，Ptprd敲低后，细胞对Asprosin介导的p-Stat3水平和Stat3转录活性的抑制无响应。
作者之前已经证实使用Asprosin-中和单克隆抗体可以作为小鼠代谢综合征的一种治疗方法【7】。与anti-asprosin mAb方法相似，作者在DIO小鼠（HFD诱导的肥胖小鼠模型）循环中引入Ptprd的可溶性配体结合结构域（PTPRD-LBD），随后检测Asprosin是否可以被捕获隔离，代谢综合征是否可以得到改善。当重组Asprosin与PTPRD-LBD孵育后，ELISA检测发现游离Asprosin水平显著降低，说明Asprosin可以被PTPRD-LBD捕获隔离。作者发现血浆PTPRD-LBD升高的DIO小鼠血浆中游离Asprosin水平显著降低，表明血浆中的Asprosin可以被PTPRD-LBD成功捕获。血浆中引入PTPRD-LBD后，DIO小鼠每日食物摄入量、体重、血糖水平和糖耐量均显著降低。这些结果几乎与Asprosin单克隆抗体在DIO小鼠中的作用相同。此外，作者还发现重组PTPRD-LBD能够在离体下丘脑切片电生理中完全阻止Asproin介导的AgRP神经元激活。
总的来说，研究人员鉴定了Asprosin的促食欲受体——Ptprd。在下丘脑AgRP神经元中，Asprosin作为一个高亲和力的Ptprd配体，以细胞自主的方式调节该回路的活动。敲除Ptprd后导致强烈的食欲下降、消瘦、以及无法对Asprosin的促食欲作用作出响应。在AgRP神经元中特异性敲除Ptprd可引起对饮食诱导肥胖的抵抗。在小鼠循环中引入可溶的Ptprd配体结合域（Ptprd-LBD），可通过捕获血浆中的Asprosin来抑制食欲和血糖水平。该研究为糖尿病和肥胖的治疗提供了一种新方法。
原文链接:
https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.02.012
参考文献
[1. Romere, C., Duerrschmid, C., Bournat, J., et al. (2016). Asprosin, a fasting-induced glucogenic protein hormone. Cell 165, 566–579.
2. Duerrschmid, C., He, Y., Wang, C., et al. (2017). Asprosin is a centrally acting orexigenic hormone. Nat. Med. 23, 1444–1453.
3. Li, E., Shan, H., Chen, L., et al. (2019). OLFR734 mediates glucose metabolism as a receptor of asprosin. Cell Metab. 30, 319.e8-328.e8.
4. Chagnon, M.J., Uetani, N., and Tremblay, M.L. (2004). Functional significance of the LAR receptor protein tyrosine phosphatase family in development and diseases. Biochem. Cell Biol. 82, 664–675.
5. Shishikura, M., Nakamura, F., Yamashita, N., et al. (2016). Expression of receptor protein tyrosine phosphatase d, PTPd, in mouse central nervous system. Brain Res. 1642, 244-254.
6. Bohmer, F.-D., and Friedrich, K. (2014). Protein tyrosine phosphatases as wardens of STAT signaling. JAKSTAT 3, e28087.
7. Mishra, I., Duerrschmid, C., Ku, Z., et al. (2021). Asprosin-neutralizing antibodies as a treatment for metabolic syndrome. eLife 10, e63784.
转载须知
【原创文章】BioArt原创文章，欢迎个人转发分享，未经允许禁止转载，所刊登的所有作品的著作权均为BioArt所拥有。BioArt保留所有法定权利，违者必究。
