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中國(guó)專(zhuān)家研究登頂

Cell

撰文｜MSHK

肥胖及其相關(guān)代謝性疾病已成為全球重大公共衛(wèi)生問(wèn)題，然而目前針對(duì)肥胖的藥物治療策略仍顯不足。近年來(lái)，嗅覺(jué)受體（ORs）在鼻外組織中的生理功能逐漸被揭示，特別是在代謝調(diào)控中扮演著重要角色。山東大學(xué)孫金鵬教授團(tuán)隊(duì)、于曉教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合北京大學(xué)楊吉春教授、東南大學(xué)柴人杰教授、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院郝勇主任團(tuán)隊(duì)在《Cell》發(fā)表的最新研究中，通過(guò)創(chuàng)新性的方法發(fā)現(xiàn)嗅覺(jué)受體Or5v1/Olfr110作為氧脂素12 (S)-HEPE的高親和力受體，在代謝調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用，為肥胖治療提供了新的靶點(diǎn)。

圖1 文獻(xiàn)截圖

Or5v1/Olfr110代謝調(diào)控作用如何？

氧脂素作為多不飽和脂肪酸的氧化產(chǎn)物，在代謝調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但多數(shù)氧脂素的特異性受體尚未明確。12 (S)-HEPE是Omega-3脂肪酸經(jīng)12 -脂氧合酶氧化生成的氧脂素，此前研究提示其能改善代謝，但介導(dǎo)這一作用的受體一直未知。此外，嗅覺(jué)受體家族作為最大的G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）家族，近年有研究發(fā)現(xiàn)部分成員在非鼻腔組織表達(dá)，但高親和力結(jié)合脂質(zhì)配體、調(diào)控代謝的嗅覺(jué)受體尚未被報(bào)道。

▌ARIG技術(shù)創(chuàng)新與受體鑒定

為解決上述科學(xué)問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了“反向G蛋白沉淀法鑒定匿名受體”（anonymous receptor identification by reverse-G-protein pull-down，ARIG）技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)外源性引入純化的親和標(biāo)簽標(biāo)記的G蛋白亞基，能夠在組織樣本中重建并純化激動(dòng)劑-匿名受體-G蛋白復(fù)合物，然后通過(guò)質(zhì)譜分析確定匿名受體的身份。

研究人員從原代肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞中分離質(zhì)膜組分，在100 nM 12(S)-HEPE存在下與FLAG-Gαs和Gβ1-γ2重構(gòu)形成受體-G蛋白復(fù)合物。通過(guò)免疫沉淀和質(zhì)譜分析，最終鑒定出8個(gè)蛋白質(zhì)，其中包含嗅覺(jué)受體OLFR110。進(jìn)一步的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，12(S)-HEPE能夠在過(guò)表達(dá)Or5v1/Olfr110的HEK293細(xì)胞中激活Gs信號(hào)通路，其半數(shù)有效濃度（EC50）約為16.0±1.1 nM，這一濃度范圍與小鼠和人類(lèi)生理?xiàng)l件下12(S)-HEPE的濃度相符。

臨床樣本分析顯示，肥胖患者血漿中12(S)-HEPE水平（5.9-21.1 nM）與BMI呈負(fù)相關(guān)。與正常個(gè)體相比，來(lái)自BMI增加的肥胖患者的血漿脂質(zhì)組分顯示較低的Or5v1/Olfr110活性，這表明，12 (S)-HEPE-Or5v1/Olfr110通路的功能下調(diào)可能是肥胖發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制之一。

▌Or5v1/Olfr110在代謝調(diào)控中的核心作用

為明確 Or5v1/Olfr110 的生理功能，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了全身性和組織特異性基因敲除小鼠模型，研究人員發(fā)現(xiàn)該受體缺失會(huì)導(dǎo)致小鼠體重增加、能量消耗減少和葡萄糖代謝受損。在正常飲食和高脂飲食模型中，Or5v1/Olfr110缺陷小鼠均表現(xiàn)出更明顯的體重增益和代謝異常。

組織特異性敲除實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步揭示了該受體的作用機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，肝臟特異性O(shè)r5v1/Olfr110缺陷重現(xiàn)了全身性敲除小鼠的代謝缺陷表型，而在下丘腦、脂肪細(xì)胞或胰腺中特異性敲除該受體則未引起顯著代謝變化。這一結(jié)果表明肝臟是Or5v1/Olfr110調(diào)控代謝的關(guān)鍵組織。

▌信號(hào)通路解析

機(jī)制研究揭示了Or5v1/Olfr110調(diào)控代謝的分子通路：12 (S)-HEPE與Or5v1/Olfr110結(jié)合后，首先激活細(xì)胞內(nèi)Gs蛋白，進(jìn)而啟動(dòng)PKA信號(hào)通路，促使轉(zhuǎn)錄因子ATF2在Thr51/Thr53位點(diǎn)發(fā)生磷酸化并核轉(zhuǎn)位；核內(nèi)磷酸化的ATF2可特異性結(jié)合肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶 1α（Cpt1α）的啟動(dòng)子區(qū)域，上調(diào)其表達(dá)。

Cpt1α是脂肪酸氧化過(guò)程的關(guān)鍵限速酶，其表達(dá)升高可顯著增強(qiáng)肝臟脂肪酸的分解代謝，減少脂肪堆積。轉(zhuǎn)錄組分析證實(shí)，12 (S)-HEPE 處理可顯著激活肝細(xì)胞中“脂肪酸降解”通路，抑制“脂肪酸生物合成”通路，而這些效應(yīng)在Or5v1/Olfr110敲除小鼠中完全消失，進(jìn)一步驗(yàn)證了該信號(hào)通路的特異性。

靶向激動(dòng)劑展現(xiàn)治療潛力

基于對(duì)Or5v1/Olfr110結(jié)構(gòu)的深入理解，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)通過(guò)虛擬篩選和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，篩選出了一個(gè)高效、選擇性的小分子激動(dòng)劑HOR1-C59。該化合物能夠以高親和力（EC50=7.12±1.57 nM）激活Or5v1/Olfr110，且對(duì)其他密切相關(guān)的嗅覺(jué)受體無(wú)明顯作用。

在高脂飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠模型中，HOR1-C59治療顯著改善了多種代謝參數(shù)：減少體重增長(zhǎng)（圖2G-I），提高能量消耗（圖2H-I），改善葡萄糖耐量和胰島素敏感性（圖2J-M），減輕肝臟脂肪變性和脂肪細(xì)胞肥大（圖N-O）。更關(guān)鍵的是，這些有益效應(yīng)在Or5v1/Olfr110敲除小鼠中完全消失，證實(shí)其作用依賴(lài)于Or5v1/Olfr110的表達(dá)，為臨床轉(zhuǎn)化提供了安全性保障。

圖2 HOR1-C59的代謝調(diào)控作用

小結(jié)

本研究首次揭示了Or5v1/Olfr110作為高親和力氧脂素受體在代謝調(diào)控中的核心作用，并開(kāi)發(fā)出具有治療潛力的小分子激動(dòng)劑。這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了我們對(duì)嗅覺(jué)受體生理功能的理解，也為肥胖和相關(guān)代謝性疾病的治療提供了新策略。隨著研究的深入，我們期待看到更多關(guān)于嗅覺(jué)受體在代謝調(diào)控中作用的發(fā)現(xiàn)，以及基于此的創(chuàng)新療法進(jìn)入臨床應(yīng)用，為代謝性疾病患者帶來(lái)新的希望。

責(zé)任編輯丨蕾蕾

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