热量限制重塑恒河猴脂肪组织转录图谱揭示代谢与衰老调控新机制

本综述系统阐述了热量限制（CR）对非人灵长类动物脂肪组织的深度重塑作用。研究通过对比皮下（SAT）与内脏（VAT）脂肪库的转录组差异，揭示CR通过调控核糖体生成（Ribosome Pathway）、RNA剪接（Spliceosome）及免疫炎症通路（如JAK/STAT），诱导脂肪组织发生库室特异性适应。这些发现与人类CALERIE研究数据高度保守，为CR延缓衰老（Aging）及相关疾病提供了分子机制支撑，对代谢性疾病（如胰岛素抵抗）防治具有重要转化价值。

引言

热量限制（CR）作为一种饮食干预手段，在多种生物中被证实可延迟年龄相关疾病发生并延长寿命。尽管脂肪组织的变化被认为在CR的有益效应中起关键作用，但其分子机制尚未明确。恒河猴（Macaca mulatta）因其与人类在基因组、生理和行为学上的高度相似性，以及类似的年龄相关疾病谱系，成为研究人类衰老的理想转化模型。在非人灵长类动物中，CR可改善生存率，延迟年龄相关疾病发生，并降低体重、体脂率、空腹血糖和胰岛素水平，同时提高胰岛素敏感性。衰老伴随体成分变化，脂肪量通常在中老年期增加，且脂肪组织分布和组成（如脂肪细胞大小、免疫炎症细胞比例、血管化和纤维化）发生改变。不同脂肪库（如皮下与内脏脂肪）在维持系统稳态和炎症状态中的作用并不相同，内脏脂肪扩张更常与代谢疾病相关。

结果

转录组差异揭示脂肪库功能特异性

本研究利用威斯康星国家灵长类研究中心衰老与热量限制研究的组织样本，对年龄匹配（约25岁）的成年雄性恒河猴皮下脂肪（SAT）和内脏脂肪（VAT）进行转录组测序。在对照组中，99%的基因在SAT与VAT间无差异表达，仅30个基因达到显著差异（调整后p<0.05）。差异基因包括进化保守的“脂肪库定义基因”，如参与模式调控的同源框（HOX）基因网络成员（如HOXC10、IRX1、IRX6、NKX3-2），以及WNT抑制因子1（WIF1）、BMP拮抗剂GREM1和磷脂酰肌醇磷酸激酶（PIK2C2G）。基因集富集分析（GSEA）显示，SAT富集于代谢和稳态过程通路，包括氧化磷酸化、脂质和核酸代谢以及溶酶体途径；而VAT则富集于生长、免疫和炎症通路，如PI3K-AKT、WNT、HIPPO信号通路，以及细胞因子/受体、先天/适应性和自身免疫通路。

CR诱导脂肪库特异性转录反应

长期CR（30%限制）导致CR猴体重（~10 kg vs. ~13 kg）、脂肪量和体脂百分比（18% vs. ~35%）显著降低，基础胰岛素和胆固醇水平数值上更低，胰岛素敏感性更高。转录组分析显示，CR反应在基因水平较温和：双库合并分析发现118个差异表达基因（DE基因），SAT单独分析发现100个DE基因，VAT仅3个。CR响应基因涉及溶质载体（SCN2B、CLCN1、SLC24A2、SLC4A1、SLC26A7、SLC38A3）、细胞外基质（MMP3、ADAMDEC1）、细胞粘附（FATS2）和细胞骨架/支架蛋白（SPTA1、HEPACAM、GAS2L2），以及代谢基因硬脂酰辅酶A去饱和酶（SCD1）。SAT特异性DE基因包括发育相关因子（MESP1、WNT5A、WT1、FRZB、TBX1）。主成分分析（PCA）表明CR动物的转录组在脂肪库间出现分离，提示CR效应具有库室特异性。

CR影响脂肪分泌因子和组织组成

CR普遍降低炎症相关因子表达，如基质金属蛋白酶MMP7和血管生成素ANGPT1。SAT中MMP15和抗炎蛋白omentin（ITLN1）表达显著降低。细胞类型富集分析（xCell）显示，CR后两者脂肪库中粒细胞比例降低，内皮细胞比例升高，脂肪细胞趋势性降低；但树突状细胞、单核细胞、巨噬细胞、T细胞和上皮细胞的比例变化在库室间呈 divergent 模式。

CR激活共通及库室特异性通路

通路分析显示，CR在双库合并分析中显著富集核糖体和药物代谢通路；生长/炎症通路（如TNF和JAK/STAT）在VAT中特异性富集；剪接体（Spliceosome）和蛋白酶体（Proteasome）通路在SAT中特异性富集。SAT的CR反应以稳态通路为主，而VAT以生长和免疫通路为特征。

CR特异性调控SAT中的RNA加工

RNA加工通路是CR反应的共同特征。11%的CR响应基因涉及多种异构体。外显子使用分析（DEXseq）发现SAT中156个外显子（对应129个基因）存在差异使用，而VAT中仅5个外显子（5个基因）。SAT中差异外显子使用基因富集于结构和代谢过程（如过氧化物酶体和脂肪酸通路），与肝脏CR反应类似。差异剪接基因（diffSplice）分析也显示SAT中细胞骨架和细胞外结构通路是主要特征。

脂肪组织对CR反应的整合分析

多因素分析（MFA）显示脂肪量、体脂百分比与基础胰岛素、胆固醇聚集，主成分分析按饮食分离个体。加权基因共表达网络分析（WGCNA）生成36个模块，模块-性状关联分析发现瘦质量和附肢瘦质量与两个脂肪组织模块（蓝色和黑色）相关，均富集代谢过程；甘油三酯水平与turquoise模块（负相关，富集蛋白酶体、剪接体、核糖体和内质网蛋白加工）和pale turquoise/blue模块（正相关，富集代谢通路）相关。521个蓝色模块核心基因与所有四个性状（瘦质量、附肢质量、胰岛素敏感性和甘油三酯）共享，均涉及氧化磷酸化通路，表明脂肪组织线粒体基因表达与系统代谢健康及动物体型相关。核糖体通路基因（69%）集中于saddle brown模块，且在SAT和VAT中对CR的反应高度一致，提示协同调控。

NHP脂肪组织特征及CR反应在人类中保守

人类与NHP在脂肪分布和衰老对肥胖的影响上高度相似。对比公开数据库（GEO）中人类SAT与VAT数据，发现恒河猴与人类在脂肪库特异性通路保守：SAT均富集氧化磷酸化、溶酶体和脂代谢通路；VAT均富集免疫、炎症和细胞结构通路。与人类CR研究（CALERIE）对比，发现SAT对CR的转录响应在通路水平有72%一致性：核糖体、剪接体和RNA降解通路正富集；免疫、炎症和生长通路负富集。核糖体和剪接体通路单个基因的表达模式在物种间高度相似，表明RNA加工和核糖体维持机制在CR促进代谢健康中具有保守作用。

讨论

恒河猴模型在转化研究中的优势在于其与人类的遗传、生理、昼夜行为及年龄相关疾病发病率的高度相似性，且环境、饮食和暴露可控。本研究通过整合纵向健康评估数据，发现脂肪组织转录签名与全身性指标（如瘦质量、胰岛素敏感性和循环甘油三酯负荷）相关，提示脂肪组织对体成分差异敏感，其代谢状态反映疾病风险相关的循环因子差异。尽管年龄匹配，CR动物在生理和疾病风险系统指标上更优，表明CR有效延迟了生物学衰老。脂肪库特异性转录特征在物种间保守，SAT以代谢通路为特征，VAT以免疫炎症通路为特征，与临床研究认为VAT是“坏脂肪”的观点一致。长期CR诱导更多DE基因于SAT而非VAT，且通路响应不同。

RNA加工和核糖体通路是CR在脂肪组织中的主要响应通路。RNA加工通路在其他组织（如肝脏和肌肉）也被CR激活，且在其他物种（人类、小鼠、蠕虫）中保守。外显子使用主要发生于SAT。核糖体基因在双库中均上调，且在人类CR研究（CALERIE）中保守，但其生理后果（如核糖体组成、功能和翻译选择性）尚不明确。

出乎意料的是，转录签名未显示与肥胖度（显著降低的表型）对齐，提示脂肪功能改变而非脂肪量减少可能是衰老的驱动因素。衰老标志（如免疫炎症、蛋白稳态、DNA修复和染色质重塑）在CR响应中被招募，且与代谢变化同步。研究局限性包括样本量较小（n=4/组）、仅使用雄性动物（无法评估性别二态性）和年龄偏老动物。未来利用大队列（76只动物，两性）和纵向数据将深入揭示CR对衰老生理的影响。

总之，本研究支持CR响应存在保守转录程序，RNA加工和核糖体基因是核心特征，但其生理意义仍需探索。物种间CR响应一致性表明健康益处与脂肪改变相关，但如何影响生存尚待研究。脂肪组织作为设定代谢状态的驱动因素，在衰老、健康和疾病中的作用日益受关注。