撰文
阿童木
责编
兮
#肥胖#作为当代人类生命健康的重大威胁，不仅会诱发II型糖尿病的发生，还与心血管疾病以及肿瘤的发生密切相关。肥胖的发生往往是由于能量摄入与消耗的调控发生紊乱，导致体内脂肪过度积累所导致的。而瘦素（leptin）及其受体介导的信号通路在能量代谢与食欲调节中发挥了重要作用，是肥胖等代谢性疾病发生和发展的关键作用靶标。年，JeffreyM.Friedman实验室首先克隆了瘦素编码基因ob，并发现体内脂肪含量上升会诱导瘦素分泌，瘦素与中枢神经系统中的瘦素受体结合后通过激活JAK/STAT和MAPK等信号通路而释放类似于“我吃饱了”的信号，从而抑制食物摄入，而体脂下降会导致瘦素分泌减少，释放“我饿了”的信号，促进食物摄入。随着研究的深入，越来越多的证据表明肥胖患者体内瘦素含量往往异常上升，出现“瘦素抵抗”现象（详见BioArt报道：『珍藏版』瘦素的那些事儿）。
近年来研究证实蛋白稳态（proteostasis）失调与代谢异常紧密相关，肥胖和糖尿病的发生往往伴随着自噬、热休克反应及泛素-蛋白酶体通路的调控异常。HDAC6是一种定位于细胞质的组蛋白去乙酰化酶，除了去乙酰化酶活性和E3连接酶活性外，HDAC6的特别之处在于其具有非酶功能，可以与通常通过蛋白酶体降解的蛋白质互作，从而调节凝聚体和应激颗粒形成、自噬、热休克反应以及线粒体自噬（mitophagy）。然而，HDAC6在能量稳态与代谢调节中的作用仍有待进一步研究。
年1月17日，密歇根大学RogerD.Cone实验室在NatureMetabolism杂志发表了题为“Histonedeacetylase6inhibitionrestoresleptinsensitivityandreducesobesity”的研究文章，作者利用肥胖小鼠为模型发现HDAC6抑制剂tubastatin能通过抑制脂肪组织内HDAC6的活性而缓解瘦素抵抗，实现降低体重与体脂含量、抑制进食等效果，改善了肥胖小鼠的系统性代谢稳态。
为探究HDAC6在能量代谢中的潜在功能，作者首先利用HDAC6特异性抑制剂tubastatin处理饮食诱导肥胖（diet-inducedobesity,DIO）小鼠，发现处理后DIO小鼠体重减轻（通过降低脂肪含量而非骨骼肌质量），血清中的瘦素含量降低，摄食量下降，而DIO小鼠敲除HDAC6会完全抑制tubastatin的上述功能。值得一提的是，抑制HDAC6并不会影响正常小鼠的体重、摄食及核心代谢指标，且HDAC6仅在肥胖小鼠的脂肪组织中表达上调，表明肥胖小鼠中抑制HDAC6所诱导的减肥功效具有脂肪组织特异性。
接下来，作者探究了HDAC6对DIO小鼠的代谢调节作用，发现tubastatin处理会提高DIO小鼠和正常小鼠的糖耐受性，表明HDAC6对葡萄糖代谢的调控与肥胖无关。此外，tubastatin处理还会缓解DIO小鼠的肝脂肪变性，并能提高脂肪组织的抗炎能力。进一步研究发现tubastatin处理DIO小鼠会导致其摄食量下降，但并不会诱导能量消耗的反馈性降低，这与食物限制抑制肥胖的机制是不同的。tubastatin处理也不会导致DIO小鼠的运动能量或昼夜节律发生变化。因此，tubastatin不仅会诱导肥胖小鼠体重减轻，同时还会改善整体性代谢状态。
那么，HDAC6受抑制导致肥胖小鼠体重降低的背后机制如何呢？由于哺乳动物的脂肪代谢与摄食受到瘦素及受其调节的中枢黑皮质素系统的影响，且HDAC6受抑制后发生的体重降低发生于瘦素水平上调的DIO小鼠中，作者因此检测了tubastatin降低DIO小鼠体重是否需要瘦素信号的介导。首先，tubastatin处理瘦素受体缺陷型db/db小鼠、瘦素缺陷型ob/ob小鼠及黑皮质素受体4（MC4R）缺陷型小鼠后，小鼠的体重并未减轻。其次，通过直接检测tubastatin是否能增强瘦素信号的强度，作者发现瘦素或tubastatin单独处理野生型小鼠均不能降低小鼠的体重，但tubastatin与瘦素联合处理不仅能增强瘦素处理所导致的节食效果，还能抑制野生型小鼠的体重增长。第三，对DIO小鼠的“饥饿-再饲喂”实验发现tubastatin能够提高DIO小鼠的瘦素敏感性，此外tubastatin也能在转录水平上诱导下丘脑中瘦素信号下游基因的表达。因此，tubastatin能通过提高DIO小鼠的瘦素敏感性而抑制瘦素抵抗，降低体重。
瘦素信号发挥功能有赖于其对中枢神经系统中下丘脑等部位信号转导的调控，因此作者接下来探究了抑制HDAC6导致的减肥效果是否是直接作用于中枢神经系统实现的。首先，DIO小鼠侧脑室注射tubastatin抑制HDAC6活性并不能显著改变小鼠的体重和进食量，表明抑制HDAC6所导致的减肥功效并非通过直接影响中枢神经系统，也暗示了潜在的外周作用位点的存在。其次，腹腔注射tubastatin后利用质谱检测tubastatin的分布，发现其主要富集于肝脏和脂肪组织，同时发现肝脏与脂肪组织中α-tubulin的乙酰化水平也受到tubastatin的特异性诱导。第三，利用组织特异性条件敲除小鼠评估HDAC6敲除对小鼠脂肪含量、体重及摄食量等代谢指标的影响，也发现tubastatin通过抑制脂肪组织中HDAC6的活性实现了改善机体代谢稳态的效果。因此，tubastatin抑制HDAC6活性而降低小鼠体重并提高小鼠的瘦素敏感性的作用部位为脂肪组织，而非直接作用于中枢神经系统。体外细胞实验同样证实了tubastatin处理小鼠的血清能够提高细胞对瘦素的敏感性，而tubastatin抑制脂肪组织HDAC6活性后仍需一种未知的系统性脂肪因子的介导，以进一步靶向下丘脑中的瘦素受体发挥代谢调节作用。
HDAC6是一种锌依赖性去乙酰化酶，目前有效的HDAC6抑制剂（包括tubastatin）常以氢肟酸残基作为锌螯合部分，但氢肟脂的特异性不够强（“pan-HDAC”）且具有一定的致畸性。基于上述弊端，作者设计合成了一种新的HDAC6特异性抑制剂SE-，该抑制剂不含氢肟酸残基，能在抑制HDAC6活性的同时有效降低DIO小鼠的体重。SE-未来能否应用于临床治疗，仍需进一步验证。
总的来说，本研究发现抑制HDAC6的表达能通过提高机体的瘦素敏感性降低肥胖小鼠的体重、体脂含量及进食量，系统性改善肥胖小鼠的代谢状态。而HDAC6抑制剂（如tubastatin）降低HDAC6的活性并非直接作用于中枢神经系统，而是首先特异性靶向脂肪组织，继而通过瘦素和脂肪因子的介导作用于下丘脑中的瘦素-黑皮质素环路，通过调节脂类代谢通路等瘦素下游信号的表达水平，实现“减肥抑食”。未来研究中开发靶向HDAC6的特异性小分子药物有望为肥胖等代谢性疾病的治疗带来新的曙光。
原文链接：