Adv Sci (Weinh)|河北大学王振山团队揭示高脂饮食诱导肥胖的分子作用机制

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据悉,神经元初级纤毛对维持体重至关重要,III型腺苷酸环化酶(AC3)在神经元纤毛中大量富集,其可完全消融小鼠的肥胖。然而,AC3是否通过纤毛表达调节体重以及这种潜在的调节机制尚不清楚。2021年11月16日,河北大学生命科学与绿色发展研究所生命科学学院王振山团队在Advanced Science上发表了题为“Ciliary Type III Adenylyl Cyclase in the VMH Is Crucial for High-Fat Diet-Induced Obesity Mediated by Autophagy”的研究论文。在本研究中,团队构建了具有抵抗力的高脂饮食(HFD)诱导的肥胖的人源化AC3(hAC3)敲入小鼠模型,对其腹内侧下丘脑(VMH)组织进行相应研究,同时团队还结合了系列体内外的分子生物学研究,揭示了纤毛AC3表达调节小鼠体重的潜在机制。
几乎所有中枢神经系统的非分裂神经元都具有初级纤毛,其可感知胞外环境中的信号分子,并将信息协同传递到细胞内部以协调细胞质中的效应器,纤毛缺陷会导致一组统称为纤毛病的疾病,其中包括肥胖症。在之前的一项研究中,团队揭示了具有整体AC3敲除(AC3-/-)的小鼠表现出过度进食诱导的肥胖。相反,AC3功能获得性突变可保护小鼠免受饮食引起的肥胖,表明AC3对维持体重至关重要。VMH是一个感受饱腹感的中心,负责调节机体食物摄入量和体重。自噬是细胞吞噬和降解受损细胞质成分的细胞过程。自噬对细胞营养状态的变化非常敏感,尤其是高脂肪、高热量食物的摄入,动物研究表明下丘脑自噬参与调节食物摄入和能量消耗。
在此项研究中,团队以研究VMH中纤毛AC3的表达是否可作为驱动HFD条件下的肥胖关键因素为目的,并研究了VMH内纤毛AC3表达调节的体重对自噬过程的影响。结果证实,hAC3敲入小鼠对HFD诱导的肥胖具有抵抗力,且VMH中纤毛数量和长度均有所增加;相反,VMH中AC3 KD的小鼠更易患HFD诱导的肥胖症。VMH中纤毛AC3在HFD喂养条件下对维持体重至关重要。机制研究表明,AC3对自噬的调节是纤毛依赖性的,自噬相关基因GABARAP以纤毛表达依赖的方式通过LIR与AC3相互作用,并且,进一步的实验发现,在VMH中进行GABARAP KD后,加重了小鼠HFD诱导的肥胖。
总之,团队通过研究发现VMH中纤毛AC3表达可与GABARAP介导的自噬相互作用,调节HFD诱导的肥胖,为纤毛AC3如何在VMH中发挥作用以维持体重稳态提供了见解,表明AC3可能是治疗肥胖症的新靶点。
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图 本文部分实验结果。VMH GABARAP KD小鼠在HFD喂养条件下体重增加。(A)GABARAP、AC3在VMH的中表达水平。(B、C)VMH纤毛长度、数量的量化。(D、E、F)SCD喂养和HFD喂养条件下的NC和VMH GABARAP KD小鼠的生长曲线以及24h食物消耗量。

期刊及DOI号
Adv Sci (Weinh). 2021 Nov 16. 
doi: 10.1002/advs.202102568.
题目

Ciliary Type III Adenylyl Cyclase in the VMH Is Crucial for High-Fat Diet-Induced Obesity Mediated by Autophagy

摘要

Neuronal primary cilia are crucial for body weight maintenance. Type III adenylyl cyclase (AC3) is abundantly enriched in neuronal cilia, and mice with global AC3 ablation are obese. However, whether AC3 regulates body weight through its ciliary expression and the mechanism underlying this potential regulation are not clear. In this study, humanized AC3 knock-in mice that are resistant to high-fat diet (HFD)-induced obesity are generated, and increases in the number and length of cilia in the ventromedial hypothalamus (VMH) are shown. It is demonstrated that mice with specifically knocked down ciliary AC3 expression in the VMH show pronounced HFD-induced obesity. In addition, in vitro and in vivo analyses of the VMH show that ciliary AC3 regulates autophagy by binding an autophagy-related gene, gamma-aminobutyric acid A receptor-associated protein (GABARAP). Mice with GABARAP knockdown in the VMH exhibit exacerbated HFD-induced obesity. Overall, the findings may reveal a potential mechanism by which ciliary AC3 expression regulates body weight in the mouse VMH.

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