肥胖是指脂肪组织中脂肪的过量积累，通常会导致代谢紊乱，并容易引起包括2型糖尿病、肝脏脂肪变性和心血管疾病在内的代谢性疾病。脂肪可分为白色、棕色和米色脂肪。米色脂肪在静息状态下类似于白色脂肪，但在寒冷或β肾上腺素受体激动剂的情况下，会被激活，转化为棕色脂肪，促进产热，从而改善机体糖脂代谢，成年人在锁骨上方区域也有米色脂肪，因此为代谢疾病提供了巨大的治疗潜力。

虽然冷刺激或β肾上腺素受体激动剂可以有效激活米色脂肪，然而，由于各种健康问题和潜在的心血管危害，这些治疗方法的应用有限。因此，面对肥胖的流行，迫切需要发现有前景的基因靶点和激活米色脂肪的途径，以实现安全有效的米色脂肪的激活。

2022年3月4号，华东师范大学马欣然研究员、徐凌燕研究员、张强研究员和上海交通大学胡承教授为共同通讯作者在Cell杂志（IF=41.58）发表题为“Local hyperthermia therapy induces browning of white fat and treats obesity”的研究论文，他们发现局部热疗（LHT）可使米色脂肪棕色化，有望减轻肥胖并改善代谢紊乱，同时该论文被选为Cell的封面故事，将于2022年3月17日正式刊出。此文中作者使用的过表达和敲低Hnrnpa2b1的腺相关病毒（AAV）来自汉恒生物。

Cell 3月刊封面论文设计图：局部热疗促进白色脂肪棕色化，改善代谢健康。封面创意取自Pheonix故事（希腊神话的不死鸟和郭沫若先生笔下的凤凰涅槃传说）。白色脂肪经历热疗后发生棕色化转变，迸发出能量，为人类带来健康。

让我们一起看看这篇文章的主要研究结果：

首先，为了测试米色脂肪细胞是否能够以细胞自主的方式感知热疗，作者将米色脂肪细胞置于热疗环境（41℃），并用小分子热敏荧光染料评估热疗对产热的影响，发现米色脂肪细胞产热增强，产热相关基因（Ucp1,Pgc1α）的表达升高。作者还探究了局部热疗（LHT）是否能激活体内米色脂肪产热，他们用聚乙二醇-交联聚多巴胺纳米粒（PDA）注射到小鼠双侧腹股沟米色脂肪组织的皮下，一侧用近红外光照射，实现米色脂肪的高效局部热疗。体外和体内数据表明，LHT以细胞自主性方式促进米色脂肪细胞中的产热和棕色化相关基因的表达。对人锁骨处的米色脂肪组织进行局部热疗，结果发现LHT能促进小鼠和人体米色脂肪组织中产热和棕色脂肪基因的表达，而不提高核心体温或应激激素水平的变化。

图1 局部热疗在体外和生物体内均能促进产热，使脂肪棕色化

接下来，作者测试了长期局部热疗对小鼠代谢的影响。作者在小鼠双侧的白色脂肪组织（iWAT）中注射PDA并进行高脂饮食，每3天用近红外光照射1次，持续超过10周，发现小鼠体重降低，耐寒能力增强，能量消耗增加并改善了胰岛素敏感性。总之，实验结果表明LHT可以通过激活小鼠的米色脂肪来预防和治疗肥胖以及代谢功能障碍。

然后，作者开始揭示LHT对米色脂肪激活的机制，发现热休克因子1（HSF1）对于LHT激活小鼠体内米色脂肪组织是不可或缺的。当对高脂饮食喂养的HSF1缺陷型小鼠进行局部热疗时，小鼠体重、脂肪量、脂肪组织重量和脂肪细胞大小均升高，胰岛素抵抗和肝脏中脂肪变性更为严重，当让小鼠米色组织特异性过表达HSF1时，小鼠体重和脂肪量降低，脂肪组织重量和脂肪细胞减少，肝脏脂肪变性减轻，胰岛素敏感性得到改善。

图2 HSF1调节白色脂肪的棕色化，对局部热疗的作用至关重要

作者为进一步阐明HSF1在激活米色脂肪组织中的机制，使用CHIP-seq技术，在全基因组范围内筛查了HSF1的靶基因，发现HSF1可能通过促进Hnrnpa2b1(A2b1)基因的转录而发挥调控作用。在促进白色脂肪棕色化的条件下，A2b1在iWAT中的表达增加，小鼠iWAT中，A2b1的mRNA水平与Pgc1α和Ucp1的mRNA水平之间密切相关。

图3 HSF1调节Hnrnpa2b1的转录，米色脂肪细胞中的Hnrnpa2b1水平与代谢状态相关

随后作者评估了A2B1（A2b1基因的蛋白）在体内米色脂肪功能和能量代谢中的生理相关性。作者利用汉恒生物提供的腺相关病毒来介导小鼠米色脂肪组织特异性过表达或敲低A2b1，当进行高脂饮食时，和对照组相比，过表达A2b1的小鼠体重、脂肪量和脂肪组织重量显著较低，而A2b1敲低小鼠具有相反的表型。总之，这些结果表明A2b1可促进米色脂肪棕色化以及能量代谢。

此外，作者着手探究了A2B1在介导HSF1影响脂肪细胞的代谢功能中的作用。作者在HSF1缺陷型小鼠的iWAT中过表达A2b1，进行高脂饲养，发现A2b1在脂肪中的过表达在很大程度上减轻了HSF1缺陷小鼠的代谢障碍以及产热基因表达的降低，表明HSF1-A2B1轴调节白色脂肪的棕色化，以防止肥胖和代谢功能障碍。随后作者研究发现，A2B1通过与棕色脂肪化有关的关键基因（Pgc1a,Ucp1,Elovl3,Cytc）的3’UTR结合来增强mRNA的稳定性，从而促进米色脂肪棕色化。这些结果证实了局部热疗可激活HSF1，促进A2b1转录，A2B1进而维持关键代谢基因mRNA的稳定性，最后促进了米色脂肪组织棕色化和能量代谢。

图4 HNRNPA2B1促进米色脂肪组织棕色化和能量代谢

最后，作者探究了HSF1单核苷酸多态性(SNP)与人类代谢特征的关系，使用全基因组关联研究(GWAS)数据分析发现，HSF1基因的突变体p.Pro365Thr可改善人群中多种代谢性状，比如体重指数（BMI）、血清中甘油三酯的水平和空腹血糖水平降低，口服葡萄糖耐量试验后的血糖水平以及γ-谷氨酰转肽酶水平显著降低，更重要的是，该功能性突变体p.Pro365Thr能够在小鼠的米色脂肪和白色脂肪组织中促进A2b1和棕色脂肪基因的表达。这些结果表明了HSF1在人体代谢中也发挥了潜在作用，HSF1的激活可能成为预防和治疗肥胖的一个重要途径。

图5 摘要模式图

总之，此研究创新性地发现除了冷刺激和使用β肾上腺素受体激动剂以外，还可以通过局部热疗的方式来激活HSF1-A2B1代谢调控途径，以激活米色脂肪组织和增强能量代谢，能安全有效地抵抗和治疗肥胖并改善代谢紊乱。同时，该研究明确了HSF1功能获得性突变p.Pro365Thr与人类代谢性能的改善和小鼠中A2b1转录的增强有关，为干预肥胖以及后续临床药物的研发提供了新的思路和策略。

在此文的研究中，作者用到了汉恒生物提供的AAV2/9型+CMV启动子的腺相关病毒，通过注射到小鼠腹股沟脂肪垫中实现脂肪中A2b1的过表达和敲低。除此之外，我们汉恒生物也可以提供多种血清型和特异性启动子的AAV病毒，欢迎前来订购！