在寒冷暴露期間，激活的棕色脂肪組織（BAT）消耗大量的循環(huán)葡萄糖來為非寒顫產(chǎn)熱提供燃料，并防御體溫過低。然而，在這種體溫調(diào)節(jié)挑戰(zhàn)下，我們對BAT控制葡萄糖穩(wěn)態(tài)的內(nèi)分泌功能知之甚少。

2023年8月，南京大學(xué)姜曉宏團隊在NatureCommunications期刊（IF16.6）在線發(fā)表了一篇題為Cold-activated brown fat-derived extracellular vesicle-miR-378a-3p stimulates hepatic gluconeogenesis in male mice的研究論文。該研究采用集萃藥康小鼠T012101 Mir378a-KO（C57BL/6JGpt-Mir378a^em15Cd3796/Gpt）開展相關(guān)研究，報道了在雄性小鼠中，寒冷激活的BAT源性細胞外囊泡（BDEVs）通過在寒冷應(yīng)激期間促進肝臟糖異生來重編程全身葡萄糖代謝。寒冷暴露刺激miR-378a-3p（BAT富集的miRNAs之一）選擇性封裝到EV中并遞送到肝臟中，通過靶向p110α促進糖異生。證明了寒冷誘導(dǎo)的BDEV含有的miR-378a-3p可以作為一種內(nèi)分泌信號分子來調(diào)節(jié)寒冷應(yīng)激下的肝臟糖異生。

1、寒冷激活的BAT促進肝臟糖異生

研究發(fā)現(xiàn)，代謝率的提高可以抵御低溫，寒冷暴露顯著增加了BAT的葡萄糖攝取。有趣的是，低溫暴露小鼠的肝臟糖異生也顯著增加；研究發(fā)現(xiàn)BAT的激活可能通過促進寒冷應(yīng)激下肝臟糖異生直接影響肝臟糖代謝。

2、寒冷應(yīng)激促進棕色脂肪組織（BAT）來源的細胞外囊泡分泌并遞送到肝臟

研究發(fā)現(xiàn)，Cold-BAT普遍比RT-BAT分泌更多的EV，并且寒冷激活BDEVs中EV標(biāo)記物(包括CD9、CD63和ALIX)的蛋白水平顯著升高。此外，PKM2也可能在促進活化BAT釋放EV中起關(guān)鍵作用。隨后，研究證實了寒冷暴露促進了BDEV的分泌并遞送到肝臟。

3、寒冷激活的BDEVs增強糖異生

為了驗證Cold-BDEVs在調(diào)節(jié)糖異生方面的關(guān)鍵作用，研究人員還使用EV分泌抑制劑GW4869來阻斷寒冷誘導(dǎo)的BDEV產(chǎn)生。結(jié)果顯示，GW4869處理后，小鼠肝臟中磷酸化AKT增加，糖異生基因表達降低。這些結(jié)果證明了激活的BDEVs在寒冷暴露期間促進肝臟糖異生的關(guān)鍵作用。

4、寒冷暴露誘導(dǎo)BDEVs中miR-378a-3p的富集

研究人員進行了深度測序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，miR-378a-3p和miR-193b-3p是兩個富集在肩胛間BAT（iBAT）中的miRNAs，在iBAT中的表達水平遠高于包括肝臟在內(nèi)的其他組織，并且它們的表達水平在冷暴露后顯著升高。選擇miR-378a-3p進行進一步研究，其在冷暴露小鼠肝臟中的表達水平明顯升高。

結(jié)果顯示，寒冷暴露后，miR-378a（初級產(chǎn)物miR-378a）的轉(zhuǎn)錄水平在iBAT中顯著升高，而在肝臟中沒有升高。肝臟miR-378a-3p的上調(diào)可能不是來自肝臟從頭合成，而是在寒冷暴露后將BDEV富集的miR-378a-3p遞送到肝臟。

5、BDEV來源的miR-378a-3p促進糖異生

研究表明BDEV富集的miR-378a-3p可能是調(diào)節(jié)肝細胞糖異生的功能性信號分子；為了探索Cold-BDEV源性miR-378a-3p對肝細胞的影響，研究人員用不同劑量的anti-miR-378a轉(zhuǎn)染原代肝細胞，并與Cold-BDEVs共孵育。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)anti-miR-378a劑量逐漸增加時，p110α蛋白水平也呈劑量依賴性升高，并在100 nM處理時達到最 大水平，此后保持不變。隨著p110α蛋白水平的逐漸升高，糖異生基因的表達呈劑量依賴性下調(diào)，并在100 nM處理時降至最低水平。這些結(jié)果表明，miR-378a-3p在促進肝糖異生中起重要作用。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，iBAT中miR-378a-3p的過表達增加了miR-378a-3p分泌進入循環(huán)并遞送至肝臟。將miR-378a-3p引入iBAT并沒有改變iBAT或肝臟中內(nèi)源性miR-378a-3p的轉(zhuǎn)錄水平。此外，該研究結(jié)果證實了miR-378a-3p通過靶向肝臟中的p110α直接影響IR下游因子。綜上，BDEV含有的miR-378a-3p可以通過直接靶向肝臟p110α促進體內(nèi)糖異生。

6、恢復(fù)iBAT中的miR-378a-3p挽救了miR-378 KO小鼠的肝臟糖異生

為了研究miR-378a-3p在寒冷暴露期間調(diào)節(jié)葡萄糖穩(wěn)態(tài)中的作用，研究人員生成了MiR-378a KO小鼠模型（378KO）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在RT飼養(yǎng)的Mir-378aKO小鼠肝臟中檢測到p110α蛋白水平升高。Mir-378aKO小鼠的體重和食物攝入量沒有明顯變化，但血糖水平略有下降。此外，研究人員檢查了寒冷暴露對Mir-378KO小鼠的影響。結(jié)果顯示，與寒冷暴露WT對照相比，miR-378a的缺失表現(xiàn)出p110α的蛋白質(zhì)水平顯著增加。同樣，在寒冷暴露的Mir-378KO小鼠的肝臟中，AKT磷酸化顯著升高，Pgc-1α、G6Pase和Pepck表達降低，Mir-378KO小鼠的血糖水平降低，表明寒冷誘導(dǎo)的肝臟糖異生受損。此外，在iBAT中重新表達miR-378a-3p顯著提高了Mir378a KO小鼠肝臟中的G6Pase和Pepck，進一步證實了BAT來源的miR-378a-3p直接促進肝臟糖異生。

7、BAT中miR-378a的缺失損害了寒冷誘導(dǎo)的肝臟糖異生

為了特異性敲低肝臟中的miR-378a-3p，研究人員構(gòu)建了AAVTBG-sponge，通過靜脈注射到小鼠體內(nèi)并置于RT。在感染后25天小鼠寒冷暴露處理72h，結(jié)果發(fā)現(xiàn)肝臟中miR-378a-3p的敲低導(dǎo)致p110α和p-AKT蛋白水平顯著升高，同時G6Pase和Pepck、Pgc-1α的表達降低。證實了肝臟中miR-378a-3p的缺失會損害寒冷誘導(dǎo)的糖異生。與此同時抑制BAT中miR-378a可以抑制寒冷誘導(dǎo)的肝糖異生。

研究結(jié)論

總之，本研究表明，在雄性小鼠中，激活的BAT來源的細胞外囊泡（BDEVs）通過在寒冷應(yīng)激期間促進肝臟糖異生來重編程全身葡萄糖代謝。寒冷暴露有助于將miR-378a-3p（一種BAT富集的miRNAs）選擇性包裝到EVs中并遞送到肝臟。BAT來源的miR-378a-3p通過靶向p110α增強糖異生。miR-378 KO小鼠在寒冷暴露期間表現(xiàn)出肝臟糖異生減少，而iBAT中miR-378a-3p的恢復(fù)誘導(dǎo)肝臟中糖異生基因的表達。這些發(fā)現(xiàn)有助于我們理解BDEV-miRNA作為應(yīng)激誘導(dǎo)的細胞因子來協(xié)調(diào)全身葡萄糖穩(wěn)態(tài)的機制。這種miR-378a-3p介導(dǎo)的器官間通訊強調(diào)了BAT在預(yù)防寒冷應(yīng)激期間低血糖方面的新型內(nèi)分泌功能。