RSK2通过产热途径和糖酵解途径促进米色脂肪的形成

本研究旨在探讨p90 RSK2在冷诱导和冷独立糖酵解 beige脂肪细胞形成中的作用。通过冷暴露和高脂饮食模型，结合体内和体外实验分析发现，RSK2通过调控UCP1、ACC、HSL及CPT等分子，在促进产热和糖酵解 beige脂肪形成中起双重作用，为代谢疾病治疗提供新靶点。

作者：蔡燕 | 陈俊俊 | 何林飞 | 徐瑶 | 杨瑞琪 | 杨志春

中南大学湘雅药学院药理学系，中国长沙410078

摘要

目的

米色脂肪组织对代谢性疾病具有治疗潜力。值得注意的是，能够独立于β-肾上腺素能信号通路被激活的糖酵解米色脂肪细胞可能具有独特的优势。本研究旨在探讨p90核糖体S6激酶-2（RSK2）在寒冷诱导和非寒冷诱导的糖酵解米色脂肪细胞形成中的作用。

方法

我们使用C57BL/6J小鼠进行寒冷暴露（4°C）或高脂饮食（HFD）处理，并分析脂肪组织中的产热和糖酵解标志物。在体外条件下，将皮下脂肪来源的干细胞（原始前脂肪细胞）在28°C下培养以模拟寒冷暴露。通过敲低或过表达RSK2来评估其功能作用。

结果

寒冷暴露在体内上调了解偶联蛋白-1（UCP1）和RSK2的表达，而高脂饮食则抑制了RSK2、UCP1、烯醇化酶1（ENO1）和丙酮酸激酶异构体M2（PKM2）的表达。在原始前脂肪细胞中，寒冷暴露诱导了UCP1和RSK2的表达，并减少了甘油三酯的积累。RSK2的敲低抑制了UCP1、乙酰辅酶A羧化酶（ACC）和激素敏感性脂肪酶（HSL）的表达，但增加了肉碱棕榈酰转移酶的表达。在正常体温条件下，它还减少了PKM2、ENO1和乳酸的产生，而RSK2的过表达则产生了相反的效果。高葡萄糖和高胰岛素处理降低了RSK2、糖酵解和产热标志物以及胰岛素信号通路，这些效应可以通过RSK2的过表达得到逆转。结论：RSK2在介导寒冷诱导和非寒冷诱导的糖酵解米色脂肪细胞形成中起着双重作用。它可能成为治疗肥胖及相关代谢性疾病的有希望的目标。

引言

肥胖与多种代谢性疾病的发展密切相关，包括2型糖尿病和心血管疾病（Rangel-Huerta等人，2019年）。能量摄入与消耗之间的不平衡是肥胖的主要驱动因素（Marcelin等人，2019年），因此促进能量消耗是一种有前景的抗肥胖策略。产热脂肪组织，即经典的棕色脂肪组织（BAT）和米色脂肪细胞，可以通过解偶联蛋白1（UCP1）介导的线粒体解偶联呼吸来消耗多余的能量，从而改善肥胖及相关代谢功能障碍，如高血糖（Nicholls，2021年；Wu等人，2012年）。BAT来源于myf5⁺前体细胞，其特征是UCP1表达高、线粒体丰富和多囊脂滴（Kalinovich等人，2017年）。在小鼠中敲除BAT会降低全身能量消耗并增加对饮食诱导的肥胖的易感性，而重新激活或招募棕色脂肪细胞则会减少脂肪量（Lynes等人，2017年）。另一方面，米色脂肪细胞起源于白色脂肪组织（WAT），在β-肾上腺素能激动剂、环磷酸腺苷（cAMP）和其他上调UCP1表达的因素的刺激下获得产热特性（Giralt等人，2016年；Ruan，2020年；Saito等人，2020年）。

寒冷暴露是已知的BAT产热诱导因素，可以促进葡萄糖和脂肪酸作为产热底物的利用（Lu等人，2017年）。尽管寒冷暴露可以提高胰岛素敏感性（Ivanova和Blondin，2021年）和肝脏糖异生（Abumrad，2017年；Xu等人，2023年），但它也会激活交感神经系统（SNS），并增加循环中的儿茶酚胺、肾上腺类固醇和促甲状腺激素（TSH）的水平（Kovaničová等人，2020年；Kvetnansky等人，2012年；Morton等人，2017年），这可能导致由于激素过度激活而产生的不良副作用。最近的研究发现了一种独特的米色脂肪组织亚型，称为糖酵解米色脂肪细胞（g-米色脂肪），它通过不依赖于β-肾上腺素能受体的机制在慢性寒冷适应中起关键作用。与经典米色脂肪细胞不同，g-米色脂肪细胞来源于MyoD⁺肌肉样前体细胞，其特征是糖酵解活性高、葡萄糖摄取能力强和细胞外酸化速率增加（Chen等人，2019年；Pan等人，2020年）。它们表现出强烈的UCP1表达和产热潜力，但更多地依赖糖酵解而非脂肪酸氧化来消耗能量（Auger和Kajimura，2023年）。这两种米色脂肪亚型在分子和功能上的差异表明它们具有不同的调控途径和生理作用。这些发现揭示了一种不依赖于SNS的产热激活途径，为代谢性疾病干预提供了潜在的安全替代方案。因此，阐明糖酵解米色脂肪细胞形成的调控机制可能为肥胖及相关代谢性疾病提供新的治疗策略。

p90核糖体S6激酶（RSK）是细胞质中的下游效应器，属于细胞外信号调节激酶（ERK）通路的一部分，在胰岛素调节的细胞增殖和分化中起关键作用，通过磷酸化各种转录因子（Abe等人，2009年）。在四种RSK亚型（RSK1–4）中，RSK1、RSK2和RSK3广泛表达，并由不同的基因编码。RSK2是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，特别参与胰岛素介导的代谢过程，包括通过抑制糖原合成酶激酶-3（GSK-3）来激活糖原合成酶（Alesi等人，2016年；Dufresne等人，2001年）。此外，RSK2缺陷小鼠表现出胰岛素抵抗和脂肪肝倾向，这是人类脂肪营养不良的特征（El-Haschimi等人，2003年）。这些发现强调了RSK2作为肝脏和骨骼肌等胰岛素敏感组织的关键调节因子。

新兴证据表明，RSK2在脂肪组织中也大量表达，尽管其在脂肪细胞生物学中的功能作用仍大部分未被探索。在本研究中，我们探讨了两种生理和病理条件下脂肪组织中的RSK2表达：一种是在寒冷暴露下促进米色脂肪生成，另一种是在高脂饮食诱导的2型糖尿病下损害产热脂肪功能。我们进一步研究了RSK2是否参与体外糖酵解米色脂肪细胞的形成，从而阐明了其在产热和代谢调节中的潜在作用，超出了经典的胰岛素靶器官范围。

实验部分

动物实验

从中南大学实验动物系购买了7周大的雄性C57BL/6J小鼠，并将其置于12小时光照/黑暗周期的环境中饲养。小鼠单独饲养，分别在室温（22°C）或低温（4°C）下饲养一周（Lim等人，2012年；Scheel等人，2022年）。为了诱导2型糖尿病，实验小鼠被随机分为两组：正常饮食对照组和高脂饮食模型组（D12492，含有60%的脂肪）

寒冷暴露对C57BL/6J小鼠脂肪组织中RSK2表达的影响

经过一周的寒冷暴露后，食物摄入量增加（图S1A），而体重相比对照组减少（图S1B）。iBAT的重量增加，而腹股沟sWAT和eWAT的重量在寒冷暴露组中减少（图S1C–D）。

H&E染色显示，寒冷暴露显著减少了大型单囊脂滴的数量，并促进了sWAT中多囊脂滴的出现（图S1E），这表明发生了褐变过程。

讨论

寒冷暴露是一种公认的通过UCP1介导的非颤抖产热来对抗肥胖的策略（Shi等人，2021年）。然而，寒冷诱导的产热调控机制复杂且尚未完全理解。在本研究中，我们确定了RSK2是一种新的调节因子，参与寒冷诱导的米色脂肪重塑，以及在无寒冷或糖尿病条件下的糖酵解米色脂肪细胞的编程。这些效应与关键基因的变化有关

结论

RSK2作为米色脂肪细胞重塑的双重调节因子，介导寒冷诱导的白脂肪向米色脂肪的转分化，并直接促进糖酵解米色脂肪标志物的表达，而不依赖于热刺激。

作者贡献声明

蔡燕：撰写初稿、获取资金、概念构思。陈俊俊：方法学设计、实验实施。何林飞：撰写、审稿与编辑、监督、数据分析。徐瑶：撰写初稿、验证、数据管理。杨瑞琪：撰写、审稿与编辑、监督。杨志春：项目管理、概念构思

未引用参考文献

Yun等人，2022年。

数据可用性声明

本研究中生成和分析的数据可在合理请求下从通讯作者处获得。由于隐私或保密考虑，这些数据不会在公共仓库中公开。

符合伦理标准

我们的工作不存在潜在的利益冲突。

资助

本工作得到了国家自然科学基金（编号81673491、81972490）和湖南省自然科学基金（编号2022JJ30792、2018JJ2552）的财政支持。

利益冲突声明

我们声明提交给《热生物学杂志》的手稿“RSK2通过产热和糖酵解途径促进米色脂肪形成”不存在利益冲突。我们确认手稿中报告的结果和解释是原创的，没有抄袭。我们保证已经阅读并理解了《热生物学杂志》的利益冲突政策。我们知道如果不披露利益冲突，可能会导致手稿

致谢和作者贡献

本工作得到了国家自然科学基金（编号81673491、81972490）和湖南省自然科学基金（编号2022JJ30792、2018JJ2552）的财政支持。Z.Y.构思了实验。Y.C.主要参与了实验设计和论文撰写，并提供了财务支持。J.J.主要参与了实验设计和完成。L.F.分析了数据并编辑了手稿。Y.X.参与了实验的完成