Orbitrap質(zhì)譜儀助力發(fā)現(xiàn)淋巴內(nèi)皮細(xì)胞代謝調(diào)控進(jìn)食的分子機制
研究背景
哺乳動物脂肪組織可以分為白色脂肪組織(White adipocytes tissue, WAT)、米色脂肪組織(Beige adipocytes tissue)和棕色脂肪組織(Brown adipocytes tissue, BAT)。WAT主要作為能量倉庫存儲脂質(zhì)，而BAT富含線粒體，可以快速動員脂質(zhì)將其轉(zhuǎn)化為熱量消耗；米色脂肪介于二者之間。BAT在脂肪分解代謝、血糖平衡和增強胰島素敏感度、改善骨骼和肌肉健康方面具有重要的生理作用。神經(jīng)緊張素（Neurotensin, NTS）是一種由13個氨基酸組成的分泌肽，可以通過直接與中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system, CNS）細(xì)胞相互作用而減少食物攝入。長期以來，NTS被認(rèn)為僅由CNS或腸道N細(xì)胞產(chǎn)生，對其是否可以直接作用于外周組織尚不明確。
在前期工作中，研究者通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測序（scRNA-seq）發(fā)現(xiàn)淋巴內(nèi)皮細(xì)胞（lymphatic endothelial cells, LECs）也可以產(chǎn)生NTS，并證實其可以直接作用于脂肪組織中NTSR2而抑制棕色脂肪活性，但其在白色脂肪組織中的作用依舊未知。
2025年1月，復(fù)旦大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李晉、黃河、鄭琰團(tuán)隊在Cell Research上發(fā)表了題為 “Neurotensin-neurotensin receptor 2 signaling in adipocytes suppresses food intake through regulating ceramide metabolism” 的研究論文，發(fā)現(xiàn)白色脂肪細(xì)胞中NTS-NTSR2信號可通過直接控制神經(jīng)酰胺相關(guān)脂代謝和GDF15的產(chǎn)生來調(diào)節(jié)食物攝入，神經(jīng)酰胺C20~C24是調(diào)節(jié)哺乳動物食物攝入量的關(guān)鍵因素。
質(zhì)譜分析
該研究使用了Thermo Fisher Orbitrap 質(zhì)譜儀進(jìn)行了磷酸化蛋白質(zhì)組和非靶向脂質(zhì)組學(xué)分析。其中磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)研究使用FASP酶解和TiO2進(jìn)行樣本前處理，富集的磷酸化肽段應(yīng)用EASY-nLC 1200 納升液相單柱模式和 Orbitrap Fusion™ Lumos™質(zhì)譜采集， Proteome Discoverer (version 2.4)軟件對蛋白組數(shù)據(jù)進(jìn)行了肽段鑒定和定量；非靶向脂質(zhì)組學(xué)樣本采用甲基叔丁基醚(MTBE)進(jìn)行脂質(zhì)提取后，使用Orbitrap Exploris™ 480 質(zhì)譜儀采集，并在LipidSearch (version 4.0)軟件上進(jìn)行了脂質(zhì)鑒定。
實驗結(jié)果
本研究構(gòu)建了棕色/米色脂肪細(xì)胞Ntsr2特異性敲除小鼠模型（Ntsr2 BKO），其能量代謝率相比正常小鼠上升，在高脂飲食下該模型表現(xiàn)出高熱量消耗和體重減輕。相反，包括白色脂肪在內(nèi)的脂肪細(xì)胞特異性Ntsr2基因缺失小鼠(Ntsr2 AKO ) 雖然能量代謝率也有上升，但在高脂飲食下攝食和體重增加，代謝穩(wěn)態(tài)失衡；通過局部NTS治療可以減少攝食行為，該過程可能與NTS-NTSR2信號途徑有關(guān)。
先前的研究表明NTS-NTSR2信號增強了棕色脂肪組織ERK的磷酸化水平(p-ERK),但白色脂肪組織中Ntsr2缺失對p-ERK無顯著性影響。本研究對體重相當(dāng)?shù)?em>Ntsr2 AKO小鼠和對照小鼠進(jìn)行了磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了多種蛋白質(zhì)磷酸化水平發(fā)生顯著性變化，特別是和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、UPR相關(guān)蛋白磷酸化水平下調(diào)。而神經(jīng)酰胺C20~C24作為神經(jīng)酰胺合成酶2(Ceramide synthetase 2, CerS2) 的特異性產(chǎn)物，可作為UPR的上游調(diào)節(jié)因子。因此，研究者假設(shè)NTS-NTSR2信號通過調(diào)節(jié)CerS磷酸化來控制UPR水平。
通過非靶向脂質(zhì)組學(xué)分析，研究者在Ntsr2 AKO小鼠的eWATs中發(fā)現(xiàn)神經(jīng)酰胺C20~C24在所有神經(jīng)酰胺(C16~C24)中增加，但沒有觀察到鞘氨醇和鞘磷脂的改變。NTS處理原代脂肪細(xì)胞會顯著性降低神經(jīng)酰胺C20~C24豐度，但不同時間段的NTS處理對不同酰基鏈長度的神經(jīng)酰胺豐度影響不同。通過回溯磷酸化蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)，研究者發(fā)現(xiàn)Nts2的缺失調(diào)節(jié)了神經(jīng)酰胺轉(zhuǎn)運體(ceramide transporter, CERT)磷酸化水平，而已知CERT和神經(jīng)酰胺C16的豐度相關(guān)。
研究者隨后嘗試構(gòu)建了一個CerS2基因缺失小鼠模型，發(fā)現(xiàn)CerS單拷貝基因缺失（CerS2+/-）小鼠攝食量減少，其eWATs和血清中神經(jīng)酰胺C24顯著減少，C20~C22呈下降趨勢，而C16未發(fā)現(xiàn)顯著變化。脂肪組織中CerS5和CerS6表達(dá)也隨單倍體CerS2的缺失保持不變。相比之下小鼠肝臟中神經(jīng)酰胺C24顯著減少，C16增加，CerS5和CerS6表達(dá)上調(diào)。神經(jīng)酰胺C22局部處理小鼠脂肪組織可以提高攝食量，而靶向敲除CerS2后C20~C24豐度局部降低，并改善了食物攝入。這些數(shù)據(jù)表明脂肪細(xì)胞中神經(jīng)酰胺代謝通過介導(dǎo)NTS-NTSR2信號調(diào)節(jié)食物攝入。
后續(xù)的實驗中，研究者還證實了NTS-NTSR2信號通過神經(jīng)酰胺代謝影響了UPR水平，并通過調(diào)節(jié)GDF15影響食物攝入。該結(jié)果在人群樣本中得到驗證，通過分析282名兒童和803名成人血漿中神經(jīng)酰胺C20~C24水平，發(fā)現(xiàn)其與每日食物（能量）攝入量存在正相關(guān)。孟德爾隨機化分析提示神經(jīng)酰胺C20~C24水平與人類食物攝入存在潛在因果關(guān)系，該結(jié)果說明神經(jīng)酰胺代謝軸在調(diào)節(jié)人類食物攝入量及代謝穩(wěn)態(tài)方面具有重要意義。
總結(jié)
本研究首次證明了NTS-NTSR2信號通過直接調(diào)節(jié)脂肪組織中神經(jīng)酰胺代謝而控制飲食，確定WAT中該信號通過影響神經(jīng)酰胺C20~C24合成，誘導(dǎo)GDF15和食物攝入。這些結(jié)果表明外周組織中的NTS-NTSR2信號可能在維持BAT依賴性產(chǎn)熱和WAT依賴性食物攝入平衡之間起到重要作用。本研究中關(guān)鍵蛋白質(zhì)和脂質(zhì)分子的發(fā)現(xiàn)工作在賽默飛Orbitrap質(zhì)譜上開展，我們的產(chǎn)品具有超高分辨率、高靈敏度和高通量，擁有多種碎裂模式和掃描方式，可以幫助科學(xué)家更清晰、更深度、更快速了解大小分子的結(jié)構(gòu)功能，助力全新生物標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)和驗證，共同打造更健康、更綠色、更安全的世界。
文獻(xiàn)鏈接：
Fu, W., Lai, Y., Li, K. et al. Neurotensin-neurotensin receptor 2 signaling in adipocytes suppresses food intake through regulating ceramide metabolism. Cell Res (2025). https://doi.org/10.1038/s41422-024-01038-8
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