近日，Cell Metabolism 发表了一篇题为“Deadenylase-dependent mRNA decay of GDF15 and FGF21 orchestrates food intake and energy expenditure”的报道。该研究证明在多重刺激后，肝脏CNOT6L去腺苷酶抑制了肝脏中介导器官间通讯的GDF15和FGF21的表达。在小鼠中，肝脏CNOT6L的抑制会通过大脑和外周组织调节食物摄入和能量消耗，从而改善饮食引起的肥胖和代谢紊乱。
器官因子是一类通过自分泌、旁分泌和/或内分泌系统介导器官间相互交流的激素，例如来自肝脏的肝因子和来自脂肪组织的脂肪因子。肝脏是代谢最活跃的组织之一，肝脏中含有大量包括肝因子在内的分泌蛋白，肝因子能够通过肝脏与大脑和周围组织(如脂肪组织和肌肉)的通信来维持代谢平衡。尽管在对外界信号(如食物和运动)的反应中，器官因子的“开启”表达的转录控制已经被很好地记录下来，但“关闭”它们表达的机制仍是难以捉摸的。
生长分化因子15 (GDF15)和成纤维细胞生长因子21 (FGF21)是刺激大脑和外周组织减少食物摄入、增加能量消耗和脂质消耗的关键分泌蛋白。在生理刺激(如运动、炎症等)下，GDF15主要由肝脏和肾脏释放，通过激活后脑降低食欲和体重。FGF21则负责刺激大脑和外周组织（如肝脏和脂肪组织），以应对各种各样的压力(如禁食和运动)，以提高能量消耗和脂质消耗。
30 poly(A)尾可保护mRNA免受衰变并提高翻译效率，而CCR4-NOT脱腺苷酶复合物能够降解30 poly(A)尾，被认为是基因表达的“关闭”开关。CCR4-NOT复合物由8个亚基组成，包括两个去腺苷酶催化亚基CNOT6/CNOT6L和CNOT7/CNOT8；支架蛋白，CNOT1；和调节亚基CNOT2、CNOT3、CNOT9、CNOT10和CNOT11。在两个脱腺苷酶亚基中，CNOT6/CNOT6L被定义为mRNA脱腺苷酸化的主要因子。CNOT6/CNOT6L催化的去腺苷酸化被认为是mRNA衰变的限速步骤。CCR4-NOT复合物的去腺苷酶活性受各种刺激（如营养物质）的调节，表明它可能参与代谢调节和代谢紊乱的发展。特别是，CNOT3响应于食物摄入而增加并刺激CCR4-NOT去腺苷酶活性。最近对基因工程小鼠的转录组学研究表明，肝脏中的CCR4-NOT去腺苷酶复合物通过器官间通讯控制全身代谢稳态。
在这篇报道中，研究者发现在禁食和锻炼的刺激下，肝因子在转录后被CNOT6L“关闭”。CNOT6L抑制可阻止肝脏GDF15和FGF21 mRNA的降解，增加其血清蛋白水平，从而刺激大脑和外周组织。这会减少食物摄入量和体重，增加能量消耗和脂肪消耗。这项研究结果提示器官因子已成为抗肥胖疗法的潜在靶标，为缓解代谢综合征开辟了一条迄今为止未被重视的新治疗途径。
首先，研究者使用基于FRET的去腺苷酶测定的小分子筛选鉴定CNOT6L抑制剂。在该测定中，化合物ICCB-475被鉴定为有效的CNOT6L抑制剂，并被称为iD1（CNOT6L去腺苷酶1的抑制剂）。
iD1可稳定肝脏GDF15和FGF21 mRNA
为了识别可能被CNOT6L“关闭”的肝分泌蛋白，研究者通过分析来自小鼠原代肝细胞中RNA免疫沉淀(RIP)转录组学的数据来搜索与CNOT6L结合的肝因子mRNA。结果发现了16个与CNOT6L相关的mRNA，它们编码肝细胞分泌的蛋白质，例如GDF15和FGF21。接下来，研究者观察了CNOT6L抑制剂对小鼠原代肝细胞和人肝癌细胞Huh7中肝因子编码mRNA的剂量和时间依赖性影响。结果表明iD1以剂量和时间依赖性方式增加肝因子mRNA水平，包括 GDF15、FGF21、INHBE、ADM、ADAMTS1 和 HBEGF mRNA。然后，检测了iD1在用放线菌素D (Act D)（一种转录抑制剂）处理后对这些mRNA稳定性的影响。iD1有效抑制原代肝细胞和Huh7细胞中GDF15和FGF21 mRNA的降解。这些结果表明GDF15和FGF21 mRNA最有可能是CNOT6L下游的直接靶标。
与GDF15和FGF21 mRNA水平的诱导一致，iD1增加了GDF15和FGF21蛋白丰度。为了排除iD1也影响GDF15和FGF21的启动子活性的可能性，将这些基因的启动子区域插入荧光素酶质粒并进行荧光素酶报告基因测定。结果表明iD1不改变GDF15和FGF21基因的启动子活性。
Poly(A) 尾被认为对mRNA翻译和稳定性至关重要。因此，使用多核糖体分析技术研究了iD1对肝因子mRNA翻译功效的影响。iD1不影响全局翻译，GDF15和FGF21 mRNAs的翻译功效也不受iD1的影响。这表明去腺苷酸化与GDF15和FGF21 mRNAs中翻译功效的改变无关。
为了进一步探索CNOT6L依赖性肝因子mRNA降解的分子机制，研究者使用人和小鼠GDF15 和FGF21 mRNA的3'UTR进行了荧光素酶测定。iD1的处理逆转了这些mRNA 3' UTR荧光素酶活性的降低。这证实了iD1保护GDF15和FGF21 mRNA免受CNOT6L依赖性降解。
最近的表观转录组学研究表明，GDF15 mRNA在腺苷处被N6甲基化(m6A)。对m6A位点数据集的分析显示GDF15 mRNA中有五个m6A位点。据报道， m6A RNA结合蛋白YTHDF2与CCR4-NOT复合物能够相互作用，使mRNA不稳定。研究者证实了CNOT6L和YTHDF2之间的相互作用。此外，RNA免疫沉淀和定量PCR（RIP-qPCR）表明YTHDF2和CNOT6L均与GDF15 mRNA结合，表明CNOT6L可能与YTHDF2相互作用以识别GDF15 mRNA的3’UTR进行衰变。
为了检查iD1对肝因子水平的体内影响，研究者对野生型小鼠进行了一次iD1腹膜内给药。在iD1注射后3小时，iD1显着增加肝脏GDF15和FGF21 mRNA水平以及血清蛋白水平。据报道，高强度运动通过激活转录因子 4 (ATF4) 诱导GDF15和FGF21 mRNA表达，然后在运动后3小时内通过未知机制降解。将小鼠暴露在剧烈的跑步机上跑步，发现高强度耐力运动增加了肝脏GDF15和FGF21以及Atf4 mRNA。重要的是，iD1治疗在运动后3小时恢复期间减弱了GDF15和FGF21 mRNA的降解，同时不改变Atf4 mRNA水平。总的来说， GDF15和FGF21肝细胞因子被转录因子激活，同时被CNOT6L去腺苷酶在转录后关闭以响应各种外部刺激。
iD1通过减少食物摄入和增强能量消耗和脂肪利用来降低体重
GDF15抑制食物摄入并导致体重减轻。iD1处理后诱导了小鼠GDF15的表达，单次施用iD1导致1天后小鼠食物摄入量减少55%，且iD1给药后小鼠体重显着降低。2 mg/kg iD1对食物摄入和体重的影响分别持续2天和3天。此外，GDF15可激活后脑孤束核(NTS)和后脑区(AP)中的神经元以降低食欲。在iD1给药后3小时检测到NTS和AP内的强c-Fos染色。
FGF21刺激大脑和外周组织，如肝脏和脂肪组织，以增强脂质分解代谢和氧气消耗。尽管食物摄入量较低，但用iD1治疗小鼠消耗了更多的氧气。食物摄入会刺激能量消耗，称为饮食诱导的产热，这是日常耗氧量的关键组成部分。在禁食条件下发现iD1治疗的小鼠也消耗更多的氧气，排除了食物摄入的影响。iD1在进食条件下显着降低了小鼠呼吸交换率(RER)，这表明CNOT6L抑制提高了脂肪利用率。此外，iD1治疗降低了血清甘油三酯，同时增加了血清酮体水平。iD1治疗还导致血清胰岛素水平降低，这似乎与FGF21的作用相关。
除了对肝脏的影响外，iD1还导致棕色脂肪组织(BAT)和腹股沟白色脂肪组织(iWATs)中与能量消耗和脂质代谢相关的基因表达发生改变。FGF21对降脂和能量消耗的影响被认为是通过激活下丘脑来介导的，而不是通过其对肝脏和脂肪组织的直接刺激。在iD1给药后检测到下丘脑室旁核(PVN)内的强c-Fos染色。这些结果表明，iD1抑制CNOT6L通过诱导肝脏GDF15和FGF21减少食物摄入并增加脂质消耗和能量消耗，从而导致体重减轻。
靶向CNOT6L去腺苷酶具有治疗饮食引起的代谢紊乱的治疗潜力
施用重组分泌蛋白，例如GDF15和FGF21，可以改善啮齿动物、猴子和人类的代谢紊乱。然而，由于蛋白质稳定性低和新出现的耐药性，它一直具有挑战性。因此，人们对开发可替代的和临床适用的方法来提高器官因子水平产生了浓厚的兴趣。
为了测试是否可以通过CNOT6L抑制来克服这一难题，研究者每周两次向保持高脂饮食(HFD)的雄性和雌性小鼠腹膜内施用iD1。在雄性和雌性小鼠中，iD1治疗显着降低了HFD引起的体重增加并抑制了食物摄入。iD1治疗改善了肥胖引起的高脂血症、高血糖和高胰岛素血症。雄性和雌性小鼠的长期iD1治疗也改善了胰岛素敏感性和葡萄糖耐量。iD1给药可逆转肥胖小鼠诱导的脂肪组织中的肝脂肪变性和脂质积累。在CNOT6L全身敲除的小鼠中，CNOT6L缺失消除了iD1对BAT和WAT中肝脂肪变性和脂质积累的影响。这些发现表明iD1可能通过抑制CNOT6L有效改善饮食诱导的代谢综合征。
肥胖及其相关的代谢紊乱被认为是食物摄入过多和/或活动不足的结果。GDF15和FGF21的治疗潜力已在临床上进行了探索。单用GDF15会导致食欲不振和体重下降，而不会改变能量消耗。相比之下，FGF21治疗诱导能量消耗和脂质消耗，增强胰岛素敏感性，并调节大量营养素偏好，尽管对食欲没有影响，但仍会导致体重减轻。然而，由于蛋白质稳定性、给药途径和耐药性的限制，基于器官因子的临床疗法在改善代谢紊乱方面存在着极大的潜力。
与单独使用GDF15蛋白相比，iD1可发挥更持久的作用。此外，iD1同时针对多种肝因子，这有望降低出现耐药性的风险。总之，CNOT6L的抑制剂iD1可以通过GDF15和FGF21调节食物摄入以及能量和脂质消耗来改善饮食诱导的代谢紊乱。
来源：Being科学公众号
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