來自北京大學(xué)未來技術(shù)學(xué)院分子醫(yī)學(xué)研究所、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的邱義福團(tuán)隊(duì)在Nature Immunology上發(fā)表題為“Macrophage IRX3 promotes diet-induced obesity and metabolic inflammation”的研究論文，首次報(bào)道脂肪組織巨噬細(xì)胞中的IRX3對(duì)于調(diào)節(jié)肥胖及代謝炎癥的重要作用，并且闡明IRX3作為轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)炎癥基因表達(dá)的具體分子機(jī)制。

肥胖不但引發(fā)糖尿病、非酒精性脂肪肝、動(dòng)脈粥樣硬化等一系列代謝疾病，還會(huì)加速癌癥、新冠肺炎等多種疾病的發(fā)生發(fā)展，肥胖的流行已經(jīng)成為全球醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)的重大負(fù)擔(dān)。對(duì)大規(guī)模人群進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TO基因第一個(gè)內(nèi)含子區(qū)的SNP與肥胖的發(fā)生具有非常緊密的聯(lián)系，是人類多基因肥胖最強(qiáng)有力的遺傳決定因子1， 2， 3。FTO基因的內(nèi)含子區(qū)與IRX3基因的啟動(dòng)子區(qū)可以在染色體上直接相互作用，從而調(diào)節(jié)IRX3的表達(dá)4， 5。并且Irx3全身敲除的小鼠能夠抵抗肥胖。據(jù)此推論，F(xiàn)TO內(nèi)含子區(qū)的突變通過調(diào)控IRX3基因的表達(dá)來控制體重。但對(duì)于IRX3具體在何種組織發(fā)揮作用尚有不同觀點(diǎn)4， 5， 6，發(fā)揮作用的具體分子機(jī)制仍有待闡明。

為了探究IRX3在巨噬細(xì)胞中的功能，作者構(gòu)建了髓系特異性Irx3基因敲除小鼠（Irx3fl/flLyz2Cre），發(fā)現(xiàn)普通飲食和高脂飲食的條件下，敲除小鼠的體重都明顯低于對(duì)照小鼠（Irx3fl/fl），且主要源于脂肪及肝臟組織重量的減輕。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，該敲除小鼠氧氣消耗能力明顯增強(qiáng)，其褐色脂肪及皮下脂肪中的產(chǎn)熱及脂解基因的表達(dá)也顯著高于對(duì)照小鼠。這些結(jié)果說明髓系特異性Irx3基因敲除小鼠的脂肪組織產(chǎn)熱能力更強(qiáng)，有利于消耗能量、減少脂肪累積，進(jìn)而降低體重。

那么，髓系特異性敲除Irx3怎樣影響脂肪細(xì)胞的功能呢？作者用體外培養(yǎng)的巨噬細(xì)胞上清處理脂肪細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，對(duì)照小鼠巨噬細(xì)胞的上清能夠明顯抑制脂肪細(xì)胞的產(chǎn)熱及脂解過程，而敲除Irx3的巨噬細(xì)胞上清則基本解除了這一抑制作用，說明巨噬細(xì)胞中的IRX3通過釋放某些因子作用于脂肪細(xì)胞。通過高通量測序分析、體外敲除及過表達(dá)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，作者發(fā)現(xiàn)IRX3能夠促進(jìn)小鼠巨噬細(xì)胞和人源巨噬細(xì)胞中炎癥因子Il6，Il1a，Il1b等的轉(zhuǎn)錄，這些炎癥因子的增加可以抑制脂肪細(xì)胞的產(chǎn)熱及脂解功能。

IRX3又是如何調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞中炎癥因子的表達(dá)呢？作者發(fā)現(xiàn)LPS的刺激能夠顯著增強(qiáng)巨噬細(xì)胞中IRX3的蛋白量，主要是因?yàn)镮RX3蛋白的泛素化降解受到抑制，并鑒定出IRX3蛋白的泛素化位點(diǎn)K409。LPS除了能增加IRX3蛋白量，還能增強(qiáng)IRX3的磷酸化水平。通過表達(dá)不同激酶進(jìn)行篩選，作者鑒定到激酶JNK1/2能夠直接磷酸化IRX3，是IRX3磷酸化的關(guān)鍵激酶，并通過質(zhì)譜鑒定出IRX3的兩個(gè)重要磷酸化位點(diǎn)：S361和S389。磷酸化位點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)證實(shí)：這兩個(gè)磷酸化位點(diǎn)在IRX3蛋白形成二聚體并入核行使功能中發(fā)揮關(guān)鍵作用。通過啟動(dòng)子結(jié)合位點(diǎn)預(yù)測及雙熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，作者發(fā)現(xiàn)IRX3蛋白能夠直接結(jié)合到Il1a，Il1b及Il6的啟動(dòng)子區(qū)，促進(jìn)這些基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。

由于巨噬細(xì)胞和炎癥因子在肥胖及相關(guān)代謝疾病中發(fā)揮重要作用，因此作者進(jìn)一步探究，巨噬細(xì)胞中敲除Irx3能否緩解肥胖引起的代謝疾病。通過高脂飲食誘導(dǎo)肥胖后，對(duì)照小鼠表現(xiàn)出葡萄糖不耐受及胰島素抵抗，而髓系特異性Irx3基因敲除小鼠的這些癥狀得到明顯改善，說明它們具有更好的血糖清除及胰島素響應(yīng)能力。除了有助于控制血糖，敲除小鼠肝臟的脂質(zhì)積累及血酯的含量也明顯低于對(duì)照，表明它們能夠緩解肥胖誘發(fā)的肝臟代謝紊亂，減緩脂肪肝的發(fā)生。