Cdo1促进雄性小鼠PPARγ介导的脂肪组织分解
肥胖
通常伴有的代谢性疾病
2型糖尿病
脂肪肝
心血管疾病等
脂肪组织
导致肥胖原因
当能量摄入超过能量消耗时，过量的甘油三酯（TG）会沉积在脂肪组织中
在能量稳态中起着关键作用
分类
白色脂肪组织（WAT）
棕色脂肪组织（BAT）
米色脂肪组织
以 TG 的形式存储能量
由多房脂滴和大量含有解偶联蛋白 1 (UCP1) 的线粒体组成，会增加产热的能量消耗
较大的哺乳动物在婴儿期后通常会失去大量 BAT
UCP1 阳性的多房脂肪细胞，人类体内有大量此类细胞
可通过寒冷暴露或运动诱导
棕色和米色脂肪细胞都可以帮助生物体增加能量消耗。 因此，促进棕色和米色脂肪细胞的活性和数量可能有助于对抗肥胖。
脂解
甘油三酯水解成甘油和游离脂肪酸 (FFA) 的过程
三个步骤
首先，TG 被脂肪甘油三酯脂肪酶 (ATGL) 分解为二酰基甘油 (DAG) 和 FFA
其次，DAG 被激素敏感脂肪酶 (HSL) 水解成单酰基甘油 (MAG) 和 FFA
最后，MAG 转化为甘油和 FFA
限速酶
ATGL
ATGL异常产生的影响
特异性敲除ATGL
肥胖增加
冷适应缺陷
BAT 转化为 WAT 样组织
ATGL 的脂肪特异性过度表达或 HSL 活性的增强
预防饮食诱导的肥胖 (DIO)
改善代谢健康
PPARγ
是脂肪细胞分化的关键调节因子，参与 ATGL 和 HSL 的反式激活
Cdo1
Cdo1 mRNA 水平较高的组织
脂肪组织和肝脏
小鼠体内 Cdo1 整体敲除的影响
出生后死亡
生长缺陷
肝脏中线粒体脂肪酸 β-氧化受损
基本功能
催化氧向 L-半胱氨酸加成
将 L-半胱氨酸转化为 L-半胱氨酸亚磺酸 (CSA)
CSA 通过两种竞争途径进行代谢
合成牛磺酸（Cdo1是关键酶）
产生硫酸盐
其他功能
促进 3T3-L1 细胞的成脂分化
抑制骨髓基质细胞 (BMSC) 的成骨分化
通过实验定义脂肪Cdo1的功能
脂肪组织特异性敲除 Cdo1 (Cdo1AKO ) 的雄性小鼠
脂肪特异性过度表达 Cdo1 (Cdo1TG ) 的雄性小鼠
产热能力受损，能量消耗减少，并表现出更严重的 DIO 和肥胖相关疾病
RNA测序分析（RNA-seq）显示，在高脂饮食（HFD）喂养的Cdo1AKO小鼠的腹股沟WAT中，与脂肪分解途径相关的基因的表达水平显着降低。
Cdo1被发现与PPARγ相互作用，并促进Med24（介质复合物的重要组成部分）募集至ATGL和HSL基因启动子以反式激活它们的表达
促进了小鼠的耐寒性、能量消耗、ATGL 和 HSL 表达以及脂肪组织中的脂肪分解，并改善了肥胖和相关代谢紊乱
结果
鉴定脂肪 Cdo1 作为代谢特征
Cdo1主要在脂肪组织和肝脏中表达，也在肾脏中检测到
Cdo1的表达水平在成熟脂肪细胞中很高，并且在风暴血管部分（SVF）中几乎检测不到
暴露于寒冷会激活适应性生热作用并招募 WAT中的米色脂肪细胞
小鼠暴露于寒冷环境24小时（4℃）后，与对照小鼠（保存在室温、22℃）相比，其腹股沟WAT（iWAT）和BAT中的Cdo1表达增加
在白色（C3H10T1/2细胞）和棕色（DE2-3细胞）脂肪细胞分化过程中，Cdo1表达升高
Cdo1 水平对营养信号的反应
HFD喂养的小鼠附睾WAT（eWAT）中Cdo1的表达低于正常饮食（NCD）喂养的小鼠
Cdo1AKO 损害能量消耗和生热作用
生成Cdo1AKO 小鼠方法
Cdo1flox/flox 小鼠（野生型 (WT) 对照）与脂联素启动子驱动的 Cre 转基因小鼠杂交生成 Cdo1AKO 小鼠
Cdo1AKO 和对照小鼠喂食 NCD，并测量它们的能量消耗
Cdo1AKO小鼠的O2消耗率、产热率和CO2排放率较低，但呼吸交换比（RER）或食物摄入量没有显著差别
确定 Cdo1 在适应性产热中的作用
方法
将禁食状态（禁食 18 小时后）的小鼠暴露于寒冷（4°C）环境中
结果
Cdo1AKO 小鼠的核心体温低于野生型小鼠
经过6小时的寒冷暴露后，Cdo1AKO小鼠逐渐出现危及生命的体温过低
意义
说明这些小鼠的适应性生热作用受损
分析
在适应性生热过程中，脂肪分解提供能量底物，而 UCP1 是关键的生热效应子，但 Cdo1AKO 小鼠中 BAT 中的 UCP1 水平未受影响
iWAT、eWAT 和 BAT 中 ATGL 和 HSL（脂解关键酶）的蛋白质和磷酸化水平显着降低
在基础条件下和冷暴露后、β3-肾上腺素能（CL316,243）刺激期间、以及进食和禁食状态期间Cdo1AKO小鼠的血浆甘油和FFA水平（反映脂肪组织脂解作用）较低
表明 Cdo1AKO 小鼠的冷不耐受是由于缺乏脂肪酸来满足棕色脂肪的需求
Cdo1AKO小鼠的WAT含有较高比例的大脂肪细胞，并且BAT显示出更多的脂质积累
因此，以上这些数据表明，Cdo1AKO 小鼠的脂肪组织中的脂肪分解和生热作用受到显着抑制
Cdo1和牛磺酸的关系
Cdo1是体内牛磺酸合成的关键酶
牛磺酸通过促进 iWAT 褐变来帮助小鼠改善肥胖 ❓ 为什么结论是Cdo1缺乏没有影响牛磺酸水平，但是能量消耗和脂肪分解减少了？
Cdo1AKO 小鼠中牛磺酸的含量与对照小鼠相当，Cdo1AKO 小鼠肝脏中的 Cdo1 蛋白水平与对照小鼠相似
牛磺酸的合成和转运
牛磺酸由半胱氨酸内源合成，也由食物提供。 它可以通过牛磺酸转运蛋白 (Taut)转运到细胞内。
Cdo1AKO 小鼠维持脂肪组织中牛磺酸水平的方法
Cdo1AKO 小鼠的 iWAT 和 BAT 中编码 Taut 的基因 Slc6a6 的表达显着增加（扩展数据图 2l），表明 Cdo1AKO 小鼠脂肪组织中牛磺酸的摄取增加，有助于维持脂肪组织中牛磺酸的水平
总结
Cdo1AKO小鼠表现出更严重的寒冷不耐受性、更少的能量消耗和减少的脂肪分解，并且脂肪细胞特异性的Cdo1缺乏并没有明显影响脂肪牛磺酸水平
Cdo1AKO 促进饮食引起的肥胖、胰岛素抵抗和脂肪肝
得到DIO小鼠
Cdo1AKO 和对照小鼠喂食 HFD
实验组和对照组对比1
与野生型小鼠相比，Cdo1AKO 小鼠体重增加更多
脂肪量显着增加
Cdo1AKO小鼠具有更高的脂肪组织重量更大比例的较大脂肪细胞
β3-肾上腺素能（CL316,243）刺激下以及进食和禁食状态下，Cdo1AKO 小鼠的血浆甘油和 FFA 水平低于野生型小鼠
Cdo1AKO 小鼠还表现出较高的空腹血糖、胆固醇和低密度脂蛋白 (LDL) 血清水平
Cdo1AKO小鼠的耗氧量、产热量和二氧化碳排放量显著降低
对呼吸交换比（RER）和食物摄入量影响很小
脂肪缺乏也不影响喂食 HFD 的小鼠 iWAT 中的牛磺酸水平
实验组和对照组对比2
Cdo1AKO 小鼠的葡萄糖耐量和全身胰岛素敏感性显着受损
在 Cdo1AKO 小鼠中，iWAT 和肝脏中胰岛素刺激的 AKT (s473) 磷酸化减弱
表明脂肪 Cdo1 消除可能加剧 HFD 诱导的胰岛素抵抗
Cdo1AKO 小鼠表现出更高的肝脏重量和肝脏 TG 积累
Cdo1AKO肝脏中脂肪酸合成相关基因（Srebpf1、Fasn和Acaca）以及炎症相关基因（Il1b、Tnf、Nos2和Il18）的mRNA水平显着增加
因此，Cdo1AKO 小鼠表现出肝脏脂肪变性和炎症增加
结论
综上所述，这些数据表明 Cdo1AKO 小鼠易患 HFD 诱导的肥胖和肥胖相关的代谢紊乱
Cdo1促进脂肪细胞中ATGL和HSL的表达
将 Cdo1AKO 小鼠的样本与对照小鼠的样本进行比较
95 个基因显着上调，180 个基因显着下调
下调基因在脂解通路中最显着富集
脂解途径中富集的下调基因包括Pnpla2（编码ATGL）、Lipe（编码HSL）、Adrb1、Adrb2、Adrb3、Insr、Pde3b、Irs1和Irs2
Cdo1AKO小鼠iWAT中ATGL和HSL的表达水平及其磷酸化形式（p-ATGL和p-HSL）显着降低
Cdo1AKO 小鼠 iWAT 中甘油和 FFA 的释放也显着减少
Cdo1AKO小鼠iWAT中脂肪酸氧化相关基因（Ppara、Cpt1b和Acadl）和褐变相关基因（Ucp1、Ppargc1a、Cidea和Prdm16）的表达水平显着下调
Cdo1AKO 小鼠 iWAT 的耗氧量显着降低
Cdo1AKO 小鼠 iWAT 的ATGL、p-ATGL、HSL、p-HSL 和 UCP1 的蛋白水平显著降低
Cdo1AKO 小鼠的BAT 显着降低
Cdo1AKO 小鼠 eWAT 中 ATGL、p-ATGL、HSL 和 p-HSL 的蛋白质水平也有所降低
人的脂肪细胞中Cdo1敲低
显着抑制了ATGL、p-ATGL、HSL和p-HSL的表达，以及甘油和FFA的释放
结论
Cdo1和Cdo1-Y157F的过表达增加了ATGL、p-ATGL、HSL和p-HSL的表达，以及甘油和FFA的释放
进一步证实
方法
分化的 C3H10T1/2 脂肪细胞被 AD-LacZ (Ctrl)、AD-Cdo1（野生型）或 Cdo1 突变体（Cdo1-C93A 和 Cdo1-Y157F）感染
现象
Cdo1及其突变体的过度表达增加了ATGL、p-ATGL、HSL和p-HSL的表达以及甘油和FFA的释放和氧气消耗量
Cdo1的过度表达导致Ucp1和Cpt1b表达增加，使用GW6471（PPARα拮抗剂）可以减弱这种表达
结论
表明Cdo1通过PPARα激活介导Ucp1和Cpt1b表达增加
C3H10T1/2脂肪细胞的牛磺酸处理对编码ATGL和HSL的基因的表达没有影响
表明Cdo1可能以不依赖牛磺酸的方式调节ATGL和HSL的表达
ATGL 的敲低减弱了 Cdo1 介导的耗氧量促进
这些数据表明Cdo1在调节脂肪细胞中ATGL和HSL的表达中发挥重要作用。
脂肪分解是 Cdo1AKO 介导的表型的主要驱动因素
目的
为了进一步证明脂肪分解是否是 Cdo1 操作后观察到的表型的主要驱动因素
过表达ATGL和HSL
腺相关病毒 (AAV) 载体含有编码 ATGL (AAV-ATGL)、HSL (AAV-HSL) 或 GFP (AAV-GFP，如 对照）用于过表达 iWAT 和 eWAT 中指定的基因
ATGL 和 HSL 的表达在 iWAT 和 eWAT 中尤其增加
在脂肪细胞质中检测到内源性 Cdo1，在细胞核中也可以检测到
在脂肪细胞的细胞质和细胞核中也检测到异位表达的Flag-Cdo1或其突变体（Flag-Cdo1-Y157F）
CL316,243（1μM，6小时）或毛喉素（10μM，6小时）处理（模拟冷暴露）增加了细胞核Cdo1蛋白水平
表明细胞核定位的 Cdo1 对脂肪细胞响应冷暴露的功能作用
结果
白色脂肪组织中 ATGL 和 HSL 的过度表达阻断了 Cdo1 缺乏介导的寒冷不耐受的作用
与野生型相比，脂肪组织中 Cdo1 的消除导致更高的体重（图 5b）、更多的脂肪量（图 5c、d）以及 HFD 喂养下较大脂肪细胞比例的显着增加（图 5e、f） 老鼠。 这种形态转变被白色脂肪组织中 ATGL 和 HSL 的过度表达所消除。
Cdo1AKO小鼠的血浆甘油和FFA水平低于野生型小鼠，这是由于白色脂肪组织中ATGL和HSL的过度表达而减弱的（图5g） 。 脂肪特异性 Cdo1 敲除的高脂饮食喂养的小鼠表现出加剧的葡萄糖不耐受和胰岛素抵抗，这也因白色脂肪组织中 ATGL 和 HSL 的过度表达而减弱（图 5h-k）。
白色脂肪组织中ATGL和HSL的过度表达减弱了脂肪Cdo1缺乏对iWAT和BAT中Ppara、Cpt1b和Ucp1表达的抑制作用
白色脂肪特异性的 ATGL 和 HSL 过度表达削弱了脂肪 Cdo1 缺乏在促进肝脂肪变性中的作用，以及脂肪酸合成相关基因和功能的表达水平
Cdo1是否可以在转录水平直接调节ATGL和HSL的表达
PPARγ 已知是 ATGL 和 HSL 转录的重要调节因子
PPARγ、Cdo1 或 Cdo1-Y157F 的过表达激活了 ATGL（图 6h）和 HSL的启动子活性
Flag-Cdo1和突变体（Flag-Y157F）均与PPARγ共定位于脂肪细胞的细胞核中
表明Cdo1可以在转录水平上促进ATGL和HSL的表达 通过与 PPARγ 相互作用
检测到Flag-Cdo1在ATGL和HSL启动子上的结合，通过敲低PPARγ而减弱这种结合
结果表明Cdo1可以以PPARγ依赖性方式与ATGL和HSL的基因启动子结合。
Med24
介体复合物对于 PPARγ 介导的靶基因反式激活至关重要。 介体复合体亚基 24 (Med24) 是介体复合体的核心亚基，对于复合体的完整性非常重要
敲低Med24的表达显着抑制了ATGL和HSL的mRNA表达水平,这表明Med24在促进ATGL和HSL表达中的重要作用
过表达的 Flag-Cdo1 与内源性 PPARγ 和 Med24 相互作用
内源性 Cdo1 还与 PPARγ 和 Med24 相互作用
在Cdo1敲除的原代脂肪细胞中，PPARγ和Med24之间的相互作用减弱
Cdo1敲除减少了Med24向ATGL和HSL基因启动子的募集
Cdo1或Cdo1-Y157F的过度表达增强了PPARγ和Med24之间的相互作用
Cdo1或其Cdo1-Y157F的过表达促进了Med24向ATGL和HSL基因启动子的募集
这些数据表明，Cdo1 与 PPARγ 相互作用，促进 Med24 募集至 ATGL 和 HSL 基因启动子，从而反式激活 ATGL 和 HSL。
结果
Cdo1TG 改善 DIO 并提高胰岛素敏感性
使用脂联素启动子触发的Cre表达产生脂肪特异性Cdo1转基因（Cdo1TG）小鼠
为了确定 Cdo1 在对抗肥胖方面的作用，给 Cdo1TG 和对照 (WT) 小鼠喂食 HFD。 与对照小鼠相比，Cdo1TG 小鼠体重增加较少（图 7a），脂肪量也较少
Cdo1TG 小鼠的 BAT、iWAT 和 eWAT 重量较低（图 7c），脂肪组织中的脂肪细胞较小（图 7d、e）
Cdo1TG 小鼠表现出改善的葡萄糖耐量和胰岛素敏感性（图 7f-i
Cdo1TG 小鼠的 O2 消耗和产热增加，表明全身能量消耗增加（图 7j-m）
Cdo1TG小鼠的血浆甘油和FFA水平在基础条件下和β3-肾上腺素能（CL316,243）刺激下（图7n，o）以及进食和禁食状态下（图7p，q）显着较高，表明脂肪分解 Cdo1 的脂肪特异性过度表达增强了这一作用
结论
脂肪 Cdo1 可以促进脂肪组织中 ATGL 和 HSL 的表达，从而参与防御肥胖和相关代谢紊乱
揭示了全新机制：Cdo1 促进 PPARγ 和 Med24 的相互作用，从而反式激活 ATGL 和 HSL 表达
这些结果表明 Cdo1 在调节脂肪组织能量稳态和脂肪分解中发挥着关键作用，为 Cdo1 对小鼠肥胖的保护作用提供了机制见解
PPARγ
六个结构域
A/B 结构域( 转录激活域)。不依赖配体的活性区, PPARγ 活性可被蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK) 磷酸化所抑制
C 结构域[DNA 结合域(DNA binding domain, DBD)]，通过与靶基因启动子区的PPRE 结合, 从而调节靶基因的转录
D结构域(铰链区)，辅助因子结合的铰链域
E/F 结构域[配体结合域(ligand binding domain, LBD)]
未结合配体时, PPARγ与辅助抑制因子结合, 辅助抑制因子招募组蛋白去乙酰化酶, 抑制靶基因转录。
PPARγ 结合配体时, PPARγ 构象则会发生相应的变化, PPARγ 能够与RXRα 形成异二聚体, 与靶基因启动子PPRE 结合, 通过招募共激活蛋白如环磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate, CAMP) 反应元件结合蛋白和类固醇受体共激活剂等, 从而促进靶基因转录
禁食24小时后小鼠eWAT中Cdo1的表达增加
综上，脂肪 Cdo1 的表达在脂肪细胞分化过程中或通过冷暴露和禁食而被诱导，并在 HFD 喂养后下降，这凸显了 Cdo1 作为脂肪组织的代谢特征