Nuciferine（核黄素酮）能够抑制棕色脂肪细胞的脂肪生成（adipogenesis）以及线粒体功能（mitochondrial function）

《Biochemical Pharmacology》：Nuciferine suppresses adipogenesis and mitochondrial function in brown adipocytes

本研究发现，Nuciferine（NF）通过拮抗β1-肾上腺素受体（ADRB1），抑制棕色前脂肪细胞分化及成熟棕色脂肪细胞产热功能，动物实验显示局部注射NF降低小鼠耐寒能力及产热相关基因表达，提示其系统性代谢益处可能依赖器官间通讯。

　　

江梦欣|耿阳|徐增强|王阳|金尚珍|朱家豪|姚晓晓|徐英江|史婷

中国滨州市滨州医学院附属医院，邮编256603

摘要

由于慢性能量失衡，肥胖及相关代谢紊乱已成为全球性的健康挑战。产热脂肪细胞的招募和激活可以消耗多余的能量，因此提供了一种有前景的治疗策略。从莲花叶中提取的天然生物碱——荷叶碱（NF），已被报道对代谢稳态具有多种有益作用，包括减少总体脂肪量和激活非颤抖性产热。然而，其在脂肪组织中的具体生物活性和调控机制尚未完全阐明。在这里，我们使用永生化棕色前体脂肪细胞和原代米色脂肪细胞证明了NF会意外地抑制脂肪生成和产热。在细胞分化过程中长期给予NF会抑制一般脂肪生成和棕色脂肪特异性脂肪生成程序，而短暂接触NF则会损害成熟棕色脂肪细胞的线粒体呼吸和产热功能。将NF短期局部注射到肩胛间棕色脂肪组织和腹股沟白色脂肪组织中，会降低小鼠的耐寒能力和产热基因表达。从机制上讲，NF作为β1-肾上腺素受体（ADRB1）的拮抗剂，其效应可以通过基因敲除或药理学抑制ADRB1来消除。这些结果揭示了NF在脂肪生成、线粒体呼吸和产热中的细胞/组织自主抑制作用，进一步表明其全身性的代谢益处可能依赖于器官间的相互作用。

引言

肥胖及相关代谢紊乱的特点是热量摄入过多而能量消耗不足，这种状况在全球范围内日益普遍。脂肪细胞在全身代谢中起着关键作用，主要分为三种类型：白色脂肪细胞、棕色脂肪细胞和米色脂肪细胞。白色脂肪细胞作为储存多余能量的仓库，以甘油三酯的形式存在；而棕色和米色脂肪细胞则通过消耗葡萄糖和脂肪酸来产生热量，这一过程被称为非颤抖性产热。这种产热能力主要依赖于解偶联蛋白1（UCP1），它通过介导线粒体内膜上的质子泄漏来使氧化磷酸化与ATP生成解偶联[1]。临床上，成人中也发现了类似棕色/米色脂肪细胞的细胞[2,3]，它们的存在与2型糖尿病、血脂异常和心血管疾病的风险降低正相关[4]。因此，通过激活现有的棕色/米色脂肪细胞或招募新分化的脂肪细胞来增强非颤抖性产热，是一种对抗肥胖及相关代谢紊乱的有前景的策略。因此，识别调节脂肪生成和产热程序的生物活性小分子及其分子靶点对于实现这一目标至关重要。

荷叶碱（NF）是莲花（Nelumbo nucifera）叶的主要成分，具有多种药理作用。先前的研究表明，NF可以抑制炎症途径、抑制铁死亡（ferroptosis）并诱导自噬，从而在组织损伤和重塑中发挥保护作用[5],[6],[7],[8]。NF还表现出抗肿瘤活性，并能改善癌症恶病质引起的肌肉萎缩[9,10]。在代谢紊乱的背景下，NF的给药可以缓解饮食引起的肥胖，提高胰岛素敏感性并减少肝脏中的异位脂质沉积[11,12]。这些代谢益处归因于多种机制，包括增强肝脏脂肪酸氧化、促进肝细胞自噬以及抑制肝脏脂质生成[11,13,14]。尽管对肝脏的研究受到了较多关注，但NF对脂肪组织的影响研究仍然相对有限。最近的一项研究报告了莲花叶提取物的抗肥胖作用，并确定NF为其活性成分。值得注意的是，数据表明，口服NF可以刺激棕色脂肪组织（BAT）的产热程序并诱导白色脂肪组织（WAT）的棕色化，这为其抗肥胖特性提供了合理的机制[15]。此外，体外研究表明，NF处理可以抑制3T3-L1白色脂肪细胞中的脂肪生成和脂质积累，表明其在调节脂肪细胞招募和脂质代谢中的作用[16,17]。尽管观察到NF对脂肪细胞的多种生理效应，但其潜在机制仍不清楚。

在这篇手稿中，我们使用永生化棕色前体脂肪细胞系来评估NF的影响。出乎意料的是，在分化过程中长期给予NF会抑制泛脂肪生成程序和棕色脂肪特异性脂肪生成程序。在完全分化的棕色脂肪细胞中短暂给予NF也会损害线粒体呼吸和产热能力。这些结果在原代米色脂肪细胞中也得到了验证。有趣的是，接受NF短期局部注射到肩胛间BAT和腹股沟WAT（iWAT）的小鼠表现出耐寒能力下降和产热基因表达下调。从机制上讲，NF被确定为β1-肾上腺素受体（ADRB1）的拮抗剂。通过基因敲除或药理学抑制ADRB1，NF的生物活性被完全消除。基于这些发现，我们认为NF以细胞/组织自主的方式抑制产热，这表明其全身性益处可能依赖于器官间的相互作用。

章节片段

细胞培养和分化

按照先前的描述[18]，生成、培养并分化了永生化棕色前体脂肪细胞。简要来说，前体脂肪细胞在含有10%胎牛血清（FBS，Hyclone，UT，美国）、100 U/ml青霉素（Pen，Meilunbio，大连，中国）和0.1 mg/ml链霉素（Strep，Meilunbio，大连，中国）的DMEM培养基中培养。维持培养基（MM）通过向培养基中添加20 nM胰岛素（Sigma，MO，美国）和1 nM三碘-L-甲状腺素（Sigma，MO，美国）来制备。

NF抑制棕色脂肪细胞的脂肪生成

为了确定荷叶碱（NF）对棕色脂肪细胞的细胞毒性，我们首先使用永生化棕色前体脂肪细胞系进行了CCK8实验。如图1C所示，在0–20 μM范围内NF对细胞活力没有显著影响；因此选择10 μM和20 μM来研究其在棕色脂肪细胞分化中的作用。NF在整个8天的分化过程中被添加到培养基中（图1B）。先前的研究表明NF可以抑制……

讨论

在这篇手稿中，我们发现从莲花叶中提取的生物活性成分NF是脂肪生成和线粒体功能的负调节因子（图10I）。在分化中的棕色脂肪细胞中长期给予NF会抑制脂肪生成和线粒体功能（图2），而在成熟的棕色脂肪细胞中急性（6小时）处理也会抑制线粒体呼吸和产热（图3、图4、图5）。接受NF短期局部注射到BAT的小鼠……

CRediT作者贡献声明

江梦欣：撰写 – 审稿与编辑、研究、概念构思。耿阳：方法学、研究。徐增强：方法学、研究。王阳：研究。金尚珍：研究。朱家豪：研究。姚晓晓：研究。徐英江：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取。史婷：撰写 – 原稿撰写、研究、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢国家自然科学基金（82200981）、山东省自然科学基金（ZR2022QH358和ZR202111250163）、滨州医学院研究启动基金（BY2021KYQD29）、烟台市科技创新与发展计划基础研究项目（2022JCYJ026）以及山东省泰山学者计划专项基金（tsqn202312384）的财政支持。我们感谢李乐军博士在分子对接方面的帮助。