基于AAV載體的基因治療在近年來(lái)備受關(guān)注，今天給大家分享的文章證實(shí)了通過(guò)AAV調(diào)控相關(guān)基因表達(dá)，可緩解全身性代謝紊亂，從而提高胰島素敏感性，為人類肥胖相關(guān)代謝性疾病提供了新的治療策略。

近年來(lái)研究表明胰島素抵抗與代謝紊亂相關(guān)，為探討PPA1對(duì)全身性胰島素敏感性的影響，研究人員首先構(gòu)建了PPA1基因敲除小鼠，通過(guò)高脂喂養(yǎng)后出現(xiàn)脂肪細(xì)胞功能損傷和全身代謝紊亂，并表現(xiàn)出多組織的胰島素抵抗。進(jìn)而通過(guò)AAV遞送使PPA1基因敲除小鼠體內(nèi)過(guò)表達(dá)PPA1，發(fā)現(xiàn)全身性代謝紊亂和胰島素抵抗等疾病表型得到了顯著改善，進(jìn)一步研究證實(shí)了，PPA1可作為PPARγ靶基因，起到維持脂肪細(xì)胞線粒體功能并達(dá)到調(diào)節(jié)全身胰島素敏感性的作用。

構(gòu)建PPA1基因敲除小鼠模型并觀察到胰島素敏感性下降
通過(guò)構(gòu)建PPA1基因敲除小鼠（實(shí)驗(yàn)組），給予正常飼料喂養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組小鼠相比于野生型（對(duì)照組）小鼠在體重、血糖水平以及葡萄糖耐量試驗(yàn)等方面無(wú)顯著差異，但通過(guò)葡萄糖鉗夾技術(shù)（檢測(cè)胰島素抵抗的“金標(biāo)準(zhǔn)”）檢測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組小鼠的胰島素敏感性降低，隨著小鼠年齡的增長(zhǎng)，其胰島素抵抗不斷升高，且相比于對(duì)照組小鼠的空腹血糖顯著升高，表明AAP1可能在維持全身性胰島素敏感性上發(fā)揮重要作用。

圖1. PPA1基因缺陷可引起小鼠胰島素敏感性下降。

PPA1的缺乏加劇高脂喂養(yǎng)導(dǎo)致的小鼠脂肪代謝紊亂和胰島素抵抗
通過(guò)高脂喂養(yǎng)，我們發(fā)現(xiàn)在相同能量攝入的條件下，實(shí)驗(yàn)組小鼠的體重相比對(duì)照組增加程度更大，空腹血糖水平也更高，其中實(shí)驗(yàn)組小鼠的耗氧量、CO₂產(chǎn)生量和呼吸交換率RER均顯著下降，這表明能量消耗減少是PPA1基因敲除小鼠肥胖的原因之一。在實(shí)驗(yàn)組小鼠的肌肉、肝臟和脂肪組織中均發(fā)現(xiàn)胰島素信號(hào)傳導(dǎo)通路受到了顯著抑制，從而表現(xiàn)出更低的胰島素敏感性。進(jìn)而通過(guò)檢測(cè)小鼠身體成分，發(fā)現(xiàn)小鼠出現(xiàn)嚴(yán)重的非脂肪組織的脂質(zhì)沉積，即皮下脂肪組織和內(nèi)臟組織的脂肪沉積減少，但在肝臟中的沉積及外周血中血清總膽固醇（TC）、甘油三酯（TG）水平顯著升高。
 

圖2. 高脂喂養(yǎng)小鼠脂肪量減少和異位脂肪沉積增加。

通過(guò)AAV2/9表達(dá)PPA1可顯著改善小鼠全身性代謝紊亂及胰島素抵抗
通過(guò)對(duì)組織形態(tài)和功能進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)組PPA1缺陷小鼠中，參與脂肪細(xì)胞分化功能的多個(gè)基因出現(xiàn)表達(dá)下降，血清脂聯(lián)素水平也顯著降低。因此懷疑PPA1可能是通過(guò)影響脂肪細(xì)胞功能從而導(dǎo)致全身性非脂肪組織脂質(zhì)沉積和代謝紊亂，從而加劇胰島素抵抗。為了驗(yàn)證這個(gè)假設(shè)，在PPA1缺陷小鼠的腹股溝白色脂肪組織中原位注射AAV2/9（小鼠4周齡，1×10¹² vg/ml，連續(xù)注射2次，每次12μl），實(shí)現(xiàn)PPA1基因的過(guò)表達(dá)。與GFP組相比，小鼠的血清脂聯(lián)素顯著升高，且脂肪組織炎癥、肝臟脂肪變性及含量、TC/TG水平均顯著得到了改善，更重要的是，小鼠肝臟和肌肉中的胰島素敏感性得到了顯著恢復(fù)。這證實(shí)了通過(guò)AAV原位注射，將目的基因遞送到脂肪組織中實(shí)現(xiàn)PPA1的表達(dá)，可有效改善（治療）因PPA1缺陷而導(dǎo)致的胰島素抵抗。
 

圖3. PPA1缺陷引起脂肪組織損傷與全身胰島素抵抗有關(guān)。

PPA1通過(guò)影響脂肪細(xì)胞線粒體功能及其產(chǎn)物發(fā)揮其對(duì)代謝紊亂的改善作用
通過(guò)生信預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)PPARγ可直接靶向結(jié)合PPA1的啟動(dòng)子上，且在脂肪細(xì)胞中兩者表達(dá)呈正相關(guān)。由于PPARγ被認(rèn)為是脂肪生成和線粒體功能的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，作者通過(guò)代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)PPA1敲低表達(dá)后約226種線粒體代謝產(chǎn)物增加，132種產(chǎn)物減少，包括多種與線粒體功能障礙密切相關(guān)的代謝物。
 

圖4. PPA1通過(guò)影響脂肪細(xì)胞線粒體功能及其產(chǎn)物發(fā)揮其對(duì)代謝紊亂的改善作用。

總結(jié)
PPA1缺陷會(huì)引發(fā)脂肪細(xì)胞功能損傷及多組織的胰島素抵抗，并進(jìn)一步引發(fā)全身代謝紊亂，其可能機(jī)制為PPA1缺乏會(huì)破壞脂肪細(xì)胞的線粒體生物學(xué)功能。通過(guò)AAV的遞送使PPA1缺陷小鼠體內(nèi)過(guò)表達(dá)PPA1，可有效改善脂肪細(xì)胞的代謝和脂質(zhì)沉積，并提高胰島素敏感性，發(fā)揮了一定的治療效果。