Nature Metabolism：寒冷抗炎新机制

 背景介绍

 

肥胖及代谢性疾病已成为世界范围内的主要健康问题。随着肥胖的发展，众多免疫细胞会在胰岛素敏感组织中积累并分泌促炎因子，比如肿瘤坏死因子(TNF)-α和白细胞介素(IL)-1β，进而导致组织出现慢性炎症，扰乱胰岛素信号转导，最终形成胰岛素抵抗。

炎症的消退不是炎症反应的终止，而是一个复杂的主动程序化过程，在一定程度上由内源性脂质调控介质介导，包括脂氧素(Lipoxins)、消退素(Resolvins)、保护素(Protectins)和Maresins，这些脂质统称为特异性促炎症消退介质(specialized pro-resolving mediators，SPM)。SPMs作为激动剂来抑制炎症信号，促进组织从炎症形成到自我修复的转变，并增强机体的防御功能。越来越多的证据表明，肥胖诱导的慢性炎症与消炎功能的缺陷和SPM生物合成受损有关。因此，一些SPMs及其结构类似物正在临床开发中，用于治疗炎症性疾病。

Maresins是在组织炎症渗出液(self-resolving inflammatory exudates)中发现的SPMs，它们由巨噬细胞分泌，主要分为Maresin 1(MaR1)和Maresin 2(MaR2)。在生物合成上，必需脂肪酸DHA通过活化的巨噬细胞中12-脂加氧酶(12-LOX)氧化后产生14-过氧化氢基二十二碳六烯酸(14S-HpDHA)，进一步环化成13S, 14S-环氧化物中间体。这个环氧化物一方面可水解成MaR1，另一方面，若在可溶性环氧化物水解酶(sEH)作用下则生成MaR2。在功能上，MaR1是最早发现的Maresin化学异构体，它能抑制急性炎症时中性粒细胞浸润、促进巨噬细胞由M1型向M2型极化并增强其对细菌和凋亡细胞的吞噬作用、刺激组织再生等功能，从多个环节减轻炎症反应强度，促进炎症消退。然而，与MaR1相比，MaR2的生物学功能鲜为人知。

冷刺激可以提高机体的胰岛素敏感性，但其机制尚未完全阐明。在冷刺激或激活β3-肾上腺素能受体(β3-AR)的情况下，BAT及其相关的棕色脂肪会吸收营养物质并以热量的形式消耗能量。给予小鼠冷刺激后，其BAT会消耗大量脂质和葡萄糖。对人类来说，轻度的冷刺激会增加能量消耗，并有助于减肥。虽然传统上认为BAT具有消耗能量的功能，但它也可以通过分泌信号分子来调节全身代谢。本文作者所在课题组前期研究发现，寒冷会促进BAT中脂质介质的分泌，即12,13-二羟基十八烯酸(12,13-dihydroxy-octadecaenoic acid，12,13- diHOME)和12-羟基二十碳五烯酸(12-hydroxy-eicosapentaenoic acid，12-HEPE)，它们能调节脂质和葡萄糖代谢。虽然BAT在调节全身代谢方面的作用已被证实，但激活BAT是否在缓解肥胖引起的全身炎症方面发挥作用，仍然是未知的。

在本文中，研究人员发现冷刺激和激活β3-AR可以减少炎症，并改善肥胖引起的代谢紊乱。此外，他们发现BAT激活后会分泌MaR2，从而促进全身和肝脏炎症的消退，这一从未被发现的BAT新功能可能介导BAT-肝脏交流。

敲黑板啦！

1、寒冷改善肥胖引起的BAT和肝脏炎症，进而改善胰岛素抵抗；

2、寒冷促进BAT中12-LOX和sEH的表达，进而分泌MaR2进入体循环；

3、β3-AR激动剂增加人类的Maresin合成通路；

4、BAT敲除12-LOX会促进肝脏炎症，长期处理MaR2缓解肝脏炎症；

 研究结果

1

 寒冷可以改善肥胖引起的全身炎症和胰岛素抵抗

为了确定冷刺激是否能对肥胖引起的代谢异常和炎症产生有益影响，研究人员将饮食诱导的肥胖(DIO)小鼠置于热中性(TN，30℃)或冷(5℃)的环境中饲养7 天。DIO小鼠采用高脂饮食(HFD，60%卡路里来自脂肪)喂养14周。以正常饲料(NC)喂养的小鼠为对照组，观察不同温度下HFD喂养引起的代谢异常和炎症程度。结果表明，尽管摄食量增加了，但冷刺激显著降低了NC和HFD喂养的雄性小鼠的体重(图1a,b)。体重的变化主要是由脂肪和肝脏重量的下降引起的，而肌肉重量没有改变(图1c)。并且，HFD饮食提高了空腹血糖和胰岛素水平，导致胰岛素抵抗和葡萄糖耐受不良。然而，冷刺激显著改善了这些代谢异常表型(图1d,e)。

TNF-α是一种主要的促炎因子，研究表明它可以损害胰岛素信号传导并促进胰岛素抵抗，并且循环TNF-α水平与胰岛素抵抗呈正相关。本文作者也发现HFD饮食引发雄鼠胰岛素抵抗(图1d)的同时，其循环中的TNF-α水平也显著增加，而冷刺激显著降低了TNF-α水平(图1f)。此外，胰岛素抵抗患者的循环瘦素水平较高，而瘦素是发挥促炎作用。与前人研究相似，HFD雄鼠的瘦素水平可以通过冷刺激而显著下降(图1g)。然而，HFD喂养没有提高血浆中干扰素(IFN)-γ、IL-6或IL-1β水平(图S1a)。同时，冷刺激也能逆转雌鼠中HFD诱导的体重增加、胰岛素抵抗和TNF-α产生的影响(图S1b-e)。

为了研究7天的冷刺激对胰岛素抵抗、葡萄糖耐量和炎症的影响是否与体重减轻有关，研究人员对DIO雄鼠进行了较短时间的冷暴露。虽然2天的冷刺激没有显著改变体重，也没有改变白色脂肪组织(WAT)和肝脏的重量(图S2a-c)，但它足以改善HFD饮食诱导的胰岛素抵抗，并降低循环TNF-α和瘦素水平(图S2d-f)，这表明寒冷改善胰岛素抵抗和炎症这一事件的发生要先于体重减轻。

β3-AR是啮齿动物在冷刺激下激活BAT的主要调节受体。CL316243是一种β3-AR选择性激动剂，它能激活BAT产热，诱导WAT棕色化并提高胰岛素敏感性。作者发现CL316243 (1 mg/kg/d)处理DIO小鼠9 天后，其葡萄糖耐受显著改善，血浆TNF-α水平降低，同时不影响体重和食物摄入量(图S2g-k)。总之，以上结果说明冷刺激能够激活脂肪β3-AR，进而改善葡萄糖代谢和肥胖诱导的炎症，并且这一效应与体重减轻无关。

图1 | 冷刺激可以缓解DIO小鼠的炎症和胰岛素抵抗，并改善葡萄糖耐受性

图S1 | 冷刺激降低肥胖小鼠的体重，并改善炎症和胰岛素抵抗

图S2 | 两天的冷刺激改善了DIO小鼠的胰岛素抵抗和炎症

2

 寒冷可以改善肥胖引起的BAT和肝脏炎症

肥胖会引起多个组织产生慢性炎症，并抑制胰岛素信号，最终导致全身性胰岛素抵抗。肥胖除了诱导促炎因子的表达，还会触发NLRP3炎症小体的激活，进一步加重肥胖诱导的炎症和胰岛素抵抗。于是，研究人员试图确定哪种组织与寒冷引起的肥胖炎症消退相关。他们发现14周的HFD饮食会导致脂肪组织和肝脏中炎症和巨噬细胞浸润相关基因的表达增加，包括Adgre1 (F4/80)、Ccl2、Ccr2、Itgax (CD11c)、TNF-α和Il-1β，说明这些组织出现严重的炎症(图2和图S3)。然而，给与HFD小鼠冷刺激后，并没有改变小鼠的附睾WAT (epiWAT)和腹股沟WAT (ingWAT)中促炎基因以及NLRP3炎症小体相关基因的表达(图2a和图S3a)。同时冷刺激也没有改变DIO小鼠的epiWAT中冠状结构（小编注：在脂肪组织炎症的发生发展过程中，巨噬细胞会聚集脂肪组织中。这些巨噬细胞围绕脂肪细胞形成圆形结构，称为冠状结构，一般利用F4/80免疫染色方法进行定量。以往的研究表明，含有这些结构的内脏脂肪与肥胖和相关代谢紊乱的不良后果有关。）的数量 (图S3b,c)。文献表明，随着肥胖的发展，WAT中积聚的CD11c+巨噬细胞会促进炎症因子产生，比如TNF-α和IL-1β，从而促进胰岛素抵抗。于是研究人员通过流式细胞术检测WAT中的巨噬细胞数量，他们发现HFD饮食提高了CD45+F4/80+CD11c+与CD45+F4/80+CD206+巨噬细胞的比例，其中CD45+F4/80+ CD11c+亚群是WAT中巨噬细胞的主要群体 (图2b和图S3d,e)。然而，冷刺激没有改变DIO小鼠的epiWAT或ingWAT中这一巨噬细胞的比例，说明寒冷刺激对DIO小鼠全身炎症的改善可能不是由WAT介导的。相比之下，冷刺激显著降低了BAT和肝脏中HFD引起的巨噬细胞浸润和炎症信号相关的基因表达(图2c,e)。此外，冷刺激还显著降低了BAT和肝脏中CD45+F4/80+CD11c+和CD45+F4/80+CD206+巨噬细胞的比例(图2d,f和图S3e,f)，说明寒冷刺激对DIO小鼠全身炎症的改善可能是由BAT和肝脏炎症消退介导。

拓展阅读

NLRP3炎症小体

核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（NLRP3）炎症小体是一种存在于细胞内的多蛋白复合物，由 NLRP3 受体蛋白、凋亡相关斑点样蛋白（ASC）和效应分子前半胱氨酸天冬氨酸特异性蛋白酶 1（pro-Caspase-1）三部分组成。它可被多种病原体或危险信号激活，引起天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶1(Caspase-1)的自我剪切、活化，进而将无活性的促炎细胞因子pro-IL-1β、pro-IL-18切割为成熟体IL-1β和IL-18，发挥炎症效应。在肥胖小鼠和人类的脂肪组织和肝脏中，NLRP3炎症小体成分和caspase-1激活增加，它们的表达水平与T2DM的严重程度呈正相关。在营养过剩状态下，除了脂质储存增加导致的脂肪细胞肥大外，脂肪组织也被活化的M1型巨噬细胞浸润，分泌促炎细胞因子。而NLRP3，ASC和Caspase-1在脂肪组织浸润的巨噬细胞中会优先表达，其中饱和脂肪酸棕榈酸酯和脂毒性神经酰胺通过缺陷自噬和线粒体ROS积累诱导NLRP3炎症小体激活，从而加剧机体胰岛素抵抗。在肥胖或T2DM模型中，有效抑制 NLRP3炎症小体的激活可减轻脂肪 β细胞自身的炎症反应并改善肝细胞对胰岛素的敏感性。

参考文献：

[1] Wen H, et al. Nature Immunol. 2011.

[2] Lumeng C.N, et al. Nature Med. 2011.

[3] Till S, et al. Nature. 2012.

肝脏Toll样受体(TLR)和转化生长因子(TGF)-β1信号的激活在肝纤维化的进展中起重要作用。作者发现冷刺激显著降低了DIO小鼠肝脏中Tlr2和Tgfb1基因表达(图2g)。又因为循环丙氨酸转氨酶(ALT)水平升高是炎症或其他肝脏疾病导致的肝细胞损伤的标志，于是作者检测了DIO小鼠的循环ALT水平。结果发现，小鼠的循环ALT水平因HFD饮食而显著升高，同时冷刺激能显著逆转这一结果(图2h)。研究表明肝脏脂质从头合成(DNL)增加会引发肝脏炎症和纤维化。因此，作者探究了冷刺激是否会影响肝脏脂质代谢。7天的低温处理会降低瘦小鼠和肥胖小鼠中几种脂合成基因的表达，如Srebf1、Chrebpa、Gck、Scd1和Pparγ(图S4a)。同时，它还能显著降低DIO小鼠肝脏甘油三酯(TG)水平，并部分改善肝脏脂质沉积(图S4b,c)。同时作者还发现，较短时间的冷刺激(2天)也降低了脂合成基因的表达水平，但没有改变肝脏TG水平和脂质积累(图S4d-f)，这一结果说明2天的冷刺激不足以逆转脂肪肝。然而，一些促炎和肝脏中NLRP3炎症小体相关基因在冷刺激2天后表达下降(图S4g)。总之，冷刺激诱导肝脏炎症消退后，才会进一步改善肝脏脂质沉积。

图2 | 寒冷可以缓解DIO小鼠的BAT和肝脏炎症

图S3 | 寒冷不能缓解DIO小鼠白色脂肪的炎症

图S4 | 冷诱导的炎症消退后才会改善脂质沉积

3

 寒冷提高了BAT和肝脏中DHA衍生的MaR2及其异构体含量

由于冷刺激可以消退肥胖引起的炎症，于是作者推测激活BAT可以促进炎症消退介质的产生。Maresins是一种SPMs，它能以非免疫抑制(non-immunosuppressive)的方式消退炎症。关于MaR2的生物合成如背景所述，DHA经过12-LOX的催化生成14S-HpDHA，随后环氧化成13S, 14S-环氧化物中间体，该中间体经sEH水解生成MaR2 (图3a)。此前研究人员发现在冷激活的BAT中，编码12-LOX的基因Alox12和编码sEH的基因Ephx2表达显著上升，导致14-HDHA (小编注：14-HDHA是14-羟基二十二碳六烯酸，是Maresin生物合成通路标记物。14-HpDHA是14-过氧化氢基二十二碳六烯酸，理论上来说应该是检测14-HpDHA，但是14-HpDHA是一种不稳定的生物合成中间体，无法直接检测出来，所以研究人员就检测它的还原产物14-HDHA）的产生增加。因此，作者便探究了冷刺激是否会影响BAT中Maresin的生物合成。利用靶标液相色谱-串联质谱(LC-MS /MS)，研究人员发现冷刺激提高了DIO小鼠BAT中14-HDHA和MaR2的水平(图3b和图S5a,b)。然而，NC饮食的小鼠BAT中也发现了14-HDHA和MaR2，它们的水平也在冷刺激后增加，但是这些变化在统计上并不显著(图S5c)。此外，研究人员注意到BAT样本中还存在一种MaR2立体异构体(stereoisomer)，它后于MaR2洗脱下来，同时冷刺激也会显著增加其含量(图3b和图S5b,c)。作者称该产物为MaR2异构体II，因为他们后来发现了另一种异构体，该异构体在MaR2异构体II之前洗脱。然而，BAT中的MaR1因为技术问题无法定量。

因为作者发现冷刺激可以缓解肥胖小鼠肝脏中的炎症反应，所以他们接下来对肝脏中Maresin生物合成通路的产物进行定量分析。与BAT相似，他们在肥胖小鼠的肝脏中发现了14-HDHA、MaR2和MaR2异构体II，它们的水平因冷刺激而增加(图3c和图S5d,e)。同时在NC饮食的小鼠肝脏中也观察这些产物的上升趋势 (图S5f)。肝脏中MaR1的含量也无法测定。此外，β3-AR的激动剂CL316243处理肥胖小鼠后，可以显著增加DIO小鼠肝脏中的MaR2和MaR2异构体II含量(图3d和图S5g)。总之，冷刺激促进了肥胖小鼠BAT和肝脏中MaR2的合成。

图3 | 寒冷提高了DIO小鼠的BAT和肝脏中DHA衍生的MaR2含量

图S5 | BAT和肝脏中Maresin合成通路产物的鉴定与定量

4

 寒冷提高了BAT中12-LOX和sEH的表达

接下来，研究人员探究了冷刺激对BAT和肝脏中的12-LOX和sEH表达的影响。他们发现与饲养在热中性环境中的小鼠相比，寒冷增加了DIO小鼠BAT中Alox12(编码12-LOX)和Ephx2(编码sEH)的mRNA表达(图4a,b)，但是并未提高肝脏或其他代谢组织中两种酶的表达 (图4a-b,d)。由于冷刺激会促进ingWAT的棕色化，研究人员观察到冷刺激提高了ingWAT中的Ucp1的表达(图S6a)。然而，ingWAT中的14-HDHA和MaR2不受冷刺激的调节，MaR1也是未被检测到(图S6b,c)。此外，冷刺激不影响其他SPM合成相关酶的表达，如Alox5、Alox15、Ptgs1(编码COX-1)和Ptgs2(编码COX-2) (图4c)。同时，给肥胖小鼠处理CL316243后，其肝脏中的Alox12和Ephx2表达没有明显变化(图4 e)。以上结果说明冷刺激仅仅特异性增强了BAT的Maresin合成，并且寒冷导致的肝脏中Maresin合成产物的增加也可能源自BAT。

图4 | 寒冷只特异性增强DIO小鼠BAT中12-LOX和sEH的表达

图S6 | 肥胖小鼠冷刺激后的ingWAT和BAT摘除小鼠血浆中Maresin合成通路产物的鉴定

5

BAT分泌MaR2异构体可进入体循环

鉴于寒冷特异性增强了BAT中的12-LOX/sEH/MaR2通路，但对肝脏没有影响。于是作者假设肝脏中升高的MaR2合成通路产物来源于BAT。针对这一假设，研究人员将研究的重点放在14-HDHA/MaR2通路上。为了检测激活的BAT是否能将MaR2分泌到血液循环中，他们将肥胖小鼠的BAT摘除，休息10天后，将小鼠置于寒冷或热中性环境中2天。在这些小鼠的血浆中，研究人员鉴定出14-HDHA和MaR2异构体II。同时，他们还在血浆中鉴定出MaR2异构体Ⅰ，这种异构体后于MaR2并先于MaR2异构体II洗脱下来(图S6d,e)。随后定量发现，寒冷增加了血浆中14-HDHA、MaR2异构体I和MaR2异构体II的水平，然而摘除BAT会抑制14-HDHA和MaR2异构体II的含量上升，但对MaR2异构体I没有影响(图5a)。随后，研究人员为了进一步探究BAT在其中发挥的作用，他们首先将小鼠置于热中性或寒冷环境7天，然后将这些小鼠的BAT分别移植到不同受体小鼠中，随后在室温条件下进行7周的HFD喂养，7周后饥饿6h再取血浆。结果显示，移植冷刺激BAT的受体小鼠血浆中，MaR2异构体水平高于移植热中性BAT的小鼠，但只有MaR2异构体I达到统计学意义(图5b)。

接下来，研究人员使用BAT激活剂CL316243处理小鼠，然后检测血浆中三种合成产物的水平。他们发现CL316243处理仅增加了MaR2异构体II的血浆水平，(图5c)。此外，对体外分化的小鼠棕色脂肪细胞处理CL316243后，发现显著提高了培养基中MaR2异构体I的水平(图5d)，而MaR2异构体II并未检测到。尽管在不同的实验中，MaR2及其异构体的变化不尽相同，但这些结果共同表明激活的BAT会分泌MaR2合成通路的产物到体循环中，进而作用于肝脏。

图5 | BAT分泌的MaR2异构体进入体循环

6

β3-AR激动剂增强人类的

Maresin

合成通路

接下来，作者为了评估以上发现的转化可行性，他们收集了人类服用米拉贝隆(Mirabegron，一种用于治疗人类膀胱过度活动症的特异性β3-AR激动剂)后的血浆样本，然后进一步检测Maresin合成通路产物的含量。在这项研究中，他们对11名健康男性受试者急性处理米拉贝隆(200毫克)或安慰剂(placebo)。米拉贝隆处理可增加BAT活性和静息代谢率(resting metabolic rate)。接着，研究人员检测了这些受试者血浆中14-HDHA和MaR2异构体I含量（小编注：利用LC-MS /MS，作者发现血浆样本的MaR2出峰时间与MaR2异构体I一致，并只检测到这一种异构体）。结果发现，米拉贝隆显著增加了血浆中14-HDHA和MaR2异构体I 的含量(图6a,b)。此外，14-HDHA和MaR2异构体I的含量与BAT活性呈正相关(图6c,d)。为了进一步验证，作者在体外用腺苷酸环化酶激活剂forskolin激活人类棕色脂肪细胞后，发现脂肪细胞的Alox12和Ephx2 mRNA的表达增加(图S7c,d)。总之，激活的BAT会分泌Maresin合成途径产物，然后进入小鼠和人类的血液循环，而寒冷会通过激活β3-AR来促进这些产物的合成。

图6 | 米拉贝隆增加人类的Maresin合成途径产物

图S7 | 人血浆中Maresin合成通路产物的鉴定与人棕色脂肪细胞中12-LOX和sEH的表达

7

BAT中敲除12-LOX会加剧肝脏炎症

为了进一步探究BAT来源的12-LOX代谢物（MaR2）在肝脏炎症中的作用。研究人员通过联合cre-lox、CRISPR/Cas9和AAV的方法构建了BAT特异性Alox12敲除小鼠(图7a,b)。在给小鼠喂食HFD饮食8周后，将靶向Alox12的gRNA注射到BAT中，休息2周后进行冷刺激。结果发现BAT中12-LOX的表达减少会导致肝脏炎症相关基因的表达增加，如Ccl2、Ccr2、Itgax、Il1b(P=0.073)、Il18、Tlr2和Tgfb1(图7c)。与对照组相比，BAT敲除小鼠的血浆ALT显著升高(图7d)，但并未影响冷刺激下的肝重、TG含量和脂质沉积(图7e-g)。总之，BAT衍生的12-LOX代谢物在不影响肝脏脂质沉积的情况下与肝脏交流，从而缓解肝脏炎症。

图7 | BAT特异性敲除Alox12加剧DIO小鼠的肝脏炎症

8

MaR2可以缓解全身和肝脏的炎症

为了直接检测MaR2是否调节肥胖诱导的炎症反应，作者给DIO小鼠腹腔注射MaR2 (5 μg/kg/d) 28天(图S8a)，并检测血浆中TNF-α水平，以及肝脏中的促炎基因表达情况。结果显示，MaR2处理并不改变体重，但显著降低了血浆TNF-α水平(图S8b, c)。此外，MaR2显著降低了肝脏中Il18和Tlr2的表达，而其他炎症相关基因仅有下降的趋势(图S8d)。

接下来，研究人员提高剂量(10 μg/kg/d)并注射26天(图8a和图S8e)。高剂量也没有改变体重和食物摄入量(图S8f-g)，但同样是能显著降低血浆TNF-α水平(图8b)。关于肝脏炎症基因表达，高剂量的MaR2也同样只降低了少数几个基因表达，如Casp1和Il1b，大多促炎基因的表达仍呈现下降趋势(图8c)。并且处理组的肝重、TG水平、成脂基因表达、脂质沉积和ALT水平并未出现明显变化(图S8h-l)。此外，MaR2处理对BAT或epiWAT中炎症基因的表达无明显影响(图S8m,n)。

为了评估高剂量下MaR2的吸收动力学(absorption kinetics)，研究人员合成氘化(deuterated)形式的MaR2 (d5-MaR2)，并通过靶向LC-MS/MS将其与内源性MaR2区分开来。于是研究人员给DIO小鼠腹腔注射d5-MaR2(10 μg/kg)，并评估其在血浆中的水平(图S9b)。注射后15分钟，血浆中的d5-MaR2水平达到峰值(224±23 pg/ml)，并在注射后30分钟和60分钟(4.2±1.4 pg/ml)显著降低(图S9c)。这些结果表明MaR2的给药剂量是较为合适的，并且单次注射只会暂时增加血浆中的MaR2水平。

研究表明MaR2能够并直接作用于人巨噬细胞，促进胞葬作用(efferocytosis)，进而缓解机体炎症。于是研究人员便探究了MaR2是否调节肝脏中的单核细胞和巨噬细胞。在肥胖期间，肝脏中的枯否细胞(Kupffer cells，KCs)减少，并由CCR2募集Ly6C+单核细胞来补充其数量，最终产生巨噬细胞亚群，包括单核细胞来源的KCs(mo-KCs)。为了确定MaR2是否在肥胖期间调节肝脏中的单核/巨噬细胞数量，研究人员给DIO小鼠腹腔注射MaR2 (10μg/kg/d)5天(图8 d)，随后取出肝脏并流式分选单核/巨噬细胞(图8e和图S9d)。研究人员利用Ly6C和CCR2的差异表达观察到三个显著的CD45⁺CD11b⁺F4/80⁻单核细胞亚群，并发现MaR2处理显著增加了CD45⁺CCR2⁻Ly6C^low单核细胞的数量 (图S9e)。KCs和mo-KCs的总体水平在对照组和处理组之间无显著差异(图S9f)。单细胞RNA测序研究表明，在肥胖过程中表达髓系细胞2触发受体(triggering receptor，TREM2)的脂质相关巨噬细胞广泛存在于肝脏和脂肪组织中。这些TREM2⁺巨噬细胞与肝脏脂质变性的进展相关，但在NASH和其他肝损伤模型中发挥着限制炎症和纤维化的保护功能。此外，TREM2通过降低IL-1β和TNF-α的产生来阻碍巨噬细胞和KCs中Toll样受体信号转导。研究人员发现MaR2选择性地增加了表达TREM2的CCR2⁺Ly6C^hiTREM2⁺单核细胞的水平(图8g)，并且CCR2⁻Ly6C^hiTREM2⁺单核细胞和CCR2⁻Ly6C^loTREM2⁺单核细胞呈现上升趋势(图8h, i)。尽管DIO小鼠肝脏中KCs的总量没有改变，但是MaR2导致TREM2⁺ KCs的数量大幅增加(图8f,j)，而TREM2⁺ mo-KCs的数量无明显变化(图8k)。总之，MaR2增加了DIO小鼠肝脏中的单核/巨噬细胞数量，同时选择性促进TREM2在肝脏中的抗炎作用。

拓展阅读

肝脏单核/巨噬细胞

肝脏是人体重要的免疫和代谢器官，发挥着清除外来毒素、介导机体固有免疫反应并促进适应性免疫反应的作用。单核细胞（monocytes）作为机体固有免疫细胞，在炎症及免疫反应中扮演重要角色，它可通过淋巴细胞抗原6C（lymphocyte antigen 6C，Ly6C）的表达不同来区分。Ly6C高表达(Ly6C^high)的单核细胞具有促炎和抗菌功能，而Ly6C低表达(Ly6C^low)的单核细胞则参与炎症消退和组织修复。

巨噬细胞作为吞噬细胞对维持肝脏稳态至关重要，维持肝脏巨噬细胞数量的来源主要有两种，一种是肝脏固有巨噬细胞（resident liver macrophages），也称枯否细胞(Kupffer cells，KCs)，一般存在于肝窦中；另一种是从外周血募集的巨噬细胞。当KCs识别到外源性或内源性危险信号时，会增殖分化为Ly6C^high巨噬细胞，同时招募肝窦中的Ly6C^high巨噬细胞，发生吞噬功能的同时分泌大量促炎因子，引起肝脏炎症。当反应后期，Ly6C^high巨噬细胞转变为Ly6C^low巨噬细胞，分泌抗炎因子，进而介导炎症消退和组织修复。

在上文中，作者发现MaR2促进单核细胞（CD45⁺CD11b⁺F4/80⁻）来源的Ly6C^low巨噬细胞数量，该亚群分泌抗炎因子，进一步介导炎症消退反应，虽然Ly6C^high巨噬细胞数量也增加了，但没有达到统计学意义。总之此小节说明了腹腔注射MaR2能提高DIO小鼠肝脏中的单核/巨噬细胞数量，从而缓解肝脏炎症。

参考文献：

[1] Tacke F. J Hepatol. 2017.

[2] Sugimoto S, et al. Nat Metab. 2022.

为了探究MaR2在调节KCs中炎症基因表达的直接作用，研究人员用MaR2处理原代大鼠KCs后发现，MaR2可显著降低Tnfa、Il18、Tlr2和Tgfb1的表达水平(图S9f,g)。为了更直接地模拟肥胖期间肝脏中的微环境，作者使用了脂毒性(lipotoxicity)诱导的巨噬细胞炎症小体激活模型。作者首先使用脂多糖(LPS)处理小鼠骨髓源性巨噬细胞(BMDM)，随后添加棕榈酸-牛血清白蛋白偶联物(PA-BSA)来激活炎性小体产生IL-1β。与MaR2共处理显著减弱了PA-BSA诱导的IL-1β的产生(图8l)。同时，PA-BSA诱导的TNF-α生成也被显著抑制。综上所述，MaR2在一定程度上通过靶向巨噬细胞来减轻肥胖引起的肝脏炎症。

图8 | MaR2在一定程度上通过靶向巨噬细胞来缓解肥胖引起的炎症

图S8 | MaR2能消退DIO小鼠全身和肝脏炎症

图S9 | d5-MaR2的吸收动力学以及对肝单核/巨噬细胞的调节作用

 总结   

 

肥胖会引发慢性炎症，进而导致胰岛素抵抗和代谢紊乱。冷刺激可以提高人类和啮齿动物的胰岛素敏感性，但其机制尚未完全阐明。本文中，研究人员发现冷刺激可以缓解肥胖诱导的炎症和胰岛素抵抗，并改善饮食诱导的肥胖小鼠的葡萄糖耐量。以上冷刺激带来的有益影响依赖于棕色脂肪组织(BAT)和肝脏。利用靶向液相色谱-串联质谱，研究人员发现冷刺激和β3肾上腺素能促进BAT产生Maresin 2 (MaR2)，它在改善炎症中发挥重要作用。此外，MaR2在一定程度上通过靶向肝脏中的巨噬细胞来减少肥胖引起的炎症反应。因此，BAT激活后产生的MaR2能减少机体肥胖引起的炎症，并可能为对抗肥胖及其并发症提供了一种新型疗法。

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