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*仅供医学专业人士阅读参考 上世纪50年代，有科学家提出，肥胖个体对糖尿病和动脉粥样硬化等疾病的易感性不同，这可能与体脂分布有关，这一发现在后来的研究中不断被证实，还衍生出了一个新的概念：代谢健康型肥胖。同样是肥胖，有的人就是没有2型糖尿病、高血压、血脂异常或者心血管疾病，这种代谢差异的机制一直让科学家们很感兴趣。 腹部肥胖被认为是代谢疾病的最强预测因素之一，这可以归因于脂肪组织功能障碍的程度。不同个体的脂肪组织具有异质性，脂肪组织本身又有一定的可塑性，其分泌特征的变化能够导致能量稳态失调、促进代谢疾病发展。 为了了解脂肪组织影响肥胖和代谢疾病的细胞特异性机制，瑞士苏黎世联邦理工学院和德国莱比锡大学医学中心的研究团队建立了首个人类皮下和内脏脂肪组织细胞图谱，展示了代谢健康型肥胖者（MHO）和代谢不健康型肥胖者（MUO）的差异。研究结果发表在《细胞·代谢》杂志上[1]。 他们寻找到了皮下和内脏脂肪组织中一些与代谢健康关系密切的细胞亚群，例如皮下脂肪组织中以NRCAM为标志物的炎症性皮下脂肪细胞在MUO中显著富集，而内脏组织中的间充质型间皮细胞在MHO中显著富集。 研究人员招募了77名MHO和MUO，收集临床指标、皮下和内脏脂肪组织样本，进行单核RNA测序。与MUO相比，MHO具有相近的BMI、体脂、体重和腰围，但胰岛素敏感性标志物、血脂指标和肝功能指标都显著更好，而且MUO的内脏脂肪组织面积显著更大，皮下脂肪组织则没有。 二者的内脏脂肪组织的细胞组成显著不同，而皮下脂肪组织基本没有变化，最显著的变化是MHO内脏脂肪组织中间皮细胞的相对比例明显增加。此外，MHO中内脏脂肪细胞的比例高于MUO，表明脂肪细胞持续增生。在皮下脂肪组织方面，MHO的脂肪细胞和脂肪细胞祖细胞的相对丰度更高。 在性别层面上，尽管肥胖程度、腰围、血脂指标和HbA1c水平没有差异，但女性的胰岛素敏感性更高。MUO男性相比女性，皮下和内脏脂肪组织体积，以及体重显著更高。有趣的是，MUO女性的年龄显著大于MHO女性，这与绝经后女性不良脂肪组织分布和代谢疾病的发展相一致。 MHO和MUO中的女性和男性（F/M）的皮下（F）和内脏（G）脂肪体积 不过，尽管MUO女性和男性的脂肪组织细胞存在转录差异，但不健康的脂肪组织重塑引起的广泛的细胞组成变化是不受性别影响的。 脂肪细胞是对营养元素的初步反应细胞之一，脂肪细胞的代谢灵活性对于脂肪组织的功能至关重要。 研究人员根据脂肪细胞的异质性将脂肪细胞分为5个亚群，其中亚群1-3对应三种白色脂肪细胞，在内脏和皮下脂肪组织中是保守的，亚群4和5在内脏脂肪组织中，分别以成纤维细胞生长因子14（FGF14）和fms样酪氨酸激酶1（FLT1）为标志物，以焦点黏附和血管生成通路上调为特征；在皮下脂肪组织中，以早期生长反应1（EGR1）和神经元相关细胞黏附分子（NRCAM）为标志物，以炎症相关途径和细胞生长相关途径为特征。 内脏脂肪组织中的5个脂肪细胞亚群 传统观点认为间皮细胞是一种惰性细胞，主要负责在内脏隔层形成围绕脂肪组织的保护层，但是近年来的研究表明间皮细胞也存在很大的异质性，并且可能能够转变为间充质状态。 研究人员这次也发现，间皮细胞可以粗分为两个亚群，在都表达间皮细胞标志物KRT19的前提下，其中一个还表达BCHE，BCHE阳性间皮细胞显示出双基因表达特征，如参与间充质程序的基因CDON和BCHE，因此，研究人员将它们定义为间充质型间皮细胞。 与经典间皮细胞相比，MHO中间充质型间皮细胞的富集明显强于MUO，间充质型间皮细胞与代谢健康的几个指标都有更强的正相关关联。经典和间充质型间皮细胞可以再分为6个亚群，其中亚群6几乎不表达间皮细胞标志物，1/3/4为经典间皮细胞，2和5为间充质型间皮细胞。 只有特定的间皮细胞亚群与代谢健康具有关联，在MUO中，亚群4的比例显著升高，亚群6具有升高趋势。相比之下，在MHO中，亚群2和5的相对比例升高。此外，亚群2和5的许多标志基因，如BCHE、CDON、DPP4、WT1和ITLN1，也在MHO的间皮细胞中上调。 6个间皮细胞亚群及它们在MHO和MUO中的相对比例 由ITLN1编码的网膜素1是一种脂肪因子，以它为标志的亚群5仅在内脏脂肪组织中存在。与MUO相比，MHO血液样本中网膜素1水平显著升高，使其可能能够作为内脏脂肪组织功能的潜在标志物。 MHO和MUO 的间皮细胞组成显示出条件性分离，证实它们在不同健康状况下经历了重大转录变化。MUO的内脏脂肪组织间皮细胞中炎症通路上调，而在健康条件下，hedgehog信号通路和血小板衍生生长因子受体（PDGFR）信号通路上调。这表明，在疾病条件下，间皮细胞可能会经历从间充质表型转变为炎症表型。 总而言之，这项研究强化了脂肪组织分布和功能与人类健康密切相关。基于此，未来的研究可以确定新的、细胞类型特异性的生物标志物来评估脂肪组织功能，从而为更多的针对表型定制的肥胖干预策略提供基础。 参考文献： [1] Isabel Reinisch, Adhideb Ghosh, Falko Noe´, et al. Unveiling adipose populations linked to metabolic health in obesity. Cell Metabolism, 2024. DOI: 10.1016/j.cmet.2024.11.006 本文作者丨应雨妍

多发性硬化症是一种炎症性自身免疫性疾病，进展型多发性硬化症（PMS）是该疾病的晚期形式，表现为持续的神经元丢失导致的慢性神经功能障碍。PMS患者的脑部病灶中可以检测到衰老的神经前体细胞，但是这些细胞在PMS病理中的作用仍不清楚。 近日，来自英国剑桥大学的Stefano Pluchino研究团队在Cell Stem Cell上发表题为Increased cholesterol synthesis drives neurotoxicity in patient stem cell-derived model of multiple sclerosis的文章，发现用PMS患者的成纤维细胞诱导得到的神经干细胞（iNSC）具有衰老、炎症和高代谢水平表型，并且这种高代谢水平与胆固醇合成增加相关，用药物抑制胆固醇合成可以改善PMS iNSC的神经毒性分泌组，增强其细胞保护功能。 研究人员首先利用从PMS患者皮肤获得的成纤维细胞诱导的iPSC形成的神经干细胞（iNSC）验证了其衰老表型，由于iPSC重塑会导致表观组的年轻化，他们接下来利用直接重编程技术来产生维持衰老相关标记的细胞系，发现细胞衰老的标志物CDKN2A等显著升高。然后他们进行了蛋白质组分析，发现在PMS iNSC细胞系中上调或下调的蛋白主要是炎症信号和代谢相关蛋白，并具有较高的代谢水平。为了寻找导致这种高代谢状态的原因，他们检测了葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺和丙酮酸的水平，发现在PMS iNSC细胞系中细胞外葡萄糖水平显著降低，细胞外乳酸水平显著升高，而谷氨酰胺和丙酮酸水平与对照组相似。然后他们进行了同位素示踪实验，发现在PMS iNSC细胞系中糖酵解、磷酸戊糖途径和TCA循环更活跃，且来自于葡萄糖的脂肪酸从头合成和脂肪酸去饱和水平增加，导致不饱和脂肪酸累积，并且胆固醇水平也明显升高。为了进一步研究PMS iNSC细胞系中产生的脂质前体的命运，他们对细胞及其条件培养基进行了脂质组学分析，发现多种脂类水平升高，其中最明显的是胆固醇酯，脂滴也明显累积。于是他们用辛伐他汀（SV，一种通过抑制HMGCR活性从而降低胆固醇水平的药物）处理细胞，发现可以降低脂滴和胆固醇酯的含量。 接下来他们对PMS iNSC细胞系的条件培养基进行了了蛋白质组分析，发现衰老相关分泌表型（SASP）因子升高，这些SASP因子具有 神经毒性，并鉴定到6个显著升高的转录因子E2F1、EGR1、WT1、SP1、c-JUN和JUNB，并且其中一些转录因子受胆固醇调控。最后他们用SV药物抑制HMGCR活性，发现可以使PMS iNSC细胞系的神经毒性分泌组恢复到正常。 总的来说，这项研究揭示了PMS iNSC的疾病相关、胆固醇相关的高代谢表型导致了神经毒性，并可通过药物抑制胆固醇合成进行挽救。 参考文献 https://doi.org/10.1016/j.stem.2024.09.014 内容来源于网络，如有侵权，请联系删除。

来源：药渡 撰文：balabala     编辑：维他命 靶向蛋白降解技术利用真核细胞内固有的两大蛋白降解系统——泛素-蛋白酶体系统（UPS）和溶酶体途径，实现了多种疾病相关蛋白的靶向降解，正引领着下一代小分子药物的发展方向。近年来，研究人员围绕上述问题积极探索，开发了多维度的靶向蛋白降解技术。本文将盘点从2023年至今的靶向蛋白降解的新型策略，以供读者参考。 1 基于纳米平台的 靶向蛋白降解 迄今为止，许多基于邻近效应的双功能分子已经被开发用于靶向调控生物大分子中，如靶向蛋白质泛素化/磷酸化、靶向RNA降解等等。它们在分别接近两个目标分子后将其拉近，从而形成复合物而发挥下游功能。但这些双功能分子往往是一价的，需要经过复杂耗时的筛选和优化。 SM-PROTAC纳米平台 2023年3月，北京大学深圳研究生院李子刚/尹丰团队开发了一种基于“分裂-混合”的纳米平台，并将其命名为split-and-mixPROTAC(SM-PROTAC)（图1），他们将能够自组装的核心单体分别与PROTAC中的两个组件（靶蛋白招募模块和E3连接酶招募模块）融合，以不同的比例将二者结合，再通过一些表征方法筛选二者的最佳比例，同时该纳米平台的多价性质也保证了目的蛋白的降解效果。之后，研究人员通过对一系列靶点的成功降解，证明了SM-PROTAC可以通过连接目标蛋白配体和E3连接酶配体实现快速的靶标蛋白降解以及配方优化。 同时，该平台还具有极强的应用潜力，可以扩展到任何生物分子，包括DNA、RNA、蛋白质和其他生物分子的功能调控，如磷酸化/去磷酸化、泛素化、靶向降解、表观遗传学等。 图1. 基于“分裂和混合”的SM-PROTAC模型示意图[1] LipoSM-PROTAC纳米自调节平台 但是基于肽的SM-PROTAC的低药效，限制了其在生物医学领域的进一步发展。因此，迫切需要开发一种更有效的用于生物医学应用的PROTAC纳米平台。 由于脂质体具有易于配制、自动组装和高负载运输的特性。研究人员将SM-PROTAC与脂质体结合，从而提出了一种基于脂质体的分合（Split-and-Mix）纳米自调节平台(LipoSM-PROTAC)（图2C），并对其进行了生物学表征和验证。研究发现，LipoSM-PROTAC系统具有叶酸选择性降解靶标蛋白的功能。且研究人员以雌激素受体蛋白（ERɑ）为模型，通过体外实验验证发现该体系具有显著降解ERɑ蛋白的效果。 与基于肽的SM-PROTAC相比，LipoSM-PROTAC系统可以以更低的浓度达到治疗效果，并为临床转化提供了机会。总体而言，基于LipoSM的平台显示出更高的药物功效，这为PROTAC和其他生物分子调控提供了潜在的应用前景。 图2. 基于脂质体的分合(Split-and-Mix)纳米自调节平台(LipoSM-PROTAC)模型示意图[2] 2 针对特定细胞器内蛋白的 靶向蛋白降解 目前，真核细胞中所有的靶向蛋白质稳定（TPD）都依赖于泛素蛋白酶体或溶酶体系统，因此对缺乏蛋白酶体和溶酶体的膜细胞器中的靶蛋白（如线粒体）无能为力。 杭州医学研究所的方晓红团队设计并开发了一种线粒体蛋白酶靶向嵌合体（MtPTAC），用于实现线粒体基质中蛋白的靶向降解（图3）。MtPTAC是一种双功能小分子，一端与线粒体酪蛋白水解蛋白酶P（ClpP）结合，另一端与靶蛋白结合，MtPTAC激活了ClpP的水解酶活性，同时使目标蛋白与ClpP靠近，进而水解掉靶蛋白。 研究人员以线粒体RNA聚合酶（POLRMT）为靶蛋白，在体内和体外均展示了MtPTAC强大的蛋白水解能力和抗肿瘤应用前景。这是第一个模块化设计的能够特异性水解线粒体内靶蛋白的TPD。 图3. 线粒体蛋白酶靶向嵌合体(MtPTAC)模型示意图[3] 3 可逆的蛋白靶向降解嵌合体 对于传统的PROTAC分子而言，其使用的过程中往往会表现出钩状效应，即当PROTAC分子的浓度达到某一特定值后，进一步增加其浓度反而会降低靶蛋白的降解效率，而这一效应也在一定程度上限制了PROTAC分子在活体和临床研究中的应用。 基于这一背景，佛罗里达大学的Thomas Kodadek教授和来自康奈尔大学的Francis Barany教授团队提出了一种自组装蛋白降解靶向嵌合体（SAPTAC）的设计策略（图4），将PROTAC分子拆分为与靶蛋白和E3泛素连接酶结合的两部分（用于实现可逆耦合的“X和Y”），如果在平衡状态下，存在大量未连接的目标蛋白和E3连接酶配体，这些低分子量分子可以比稳定连接的PROTAC更有效地渗透细胞/组织。在渗透细胞后，目标蛋白和E3连接酶之间将形成共价可逆结构，引向关键的三元复合物，触发目标蛋白的多泛素化和随后的蛋白酶体介导的破坏，从而实现消除钩状效应。 图4. 自组装蛋白降解靶向嵌合体(SAPTAC)模型示意图[4] 4 基于非传统降解途径的 靶向蛋白质降解 在哺乳动物受到多种刺激后，可激活早期基因（IEG），IEG介导生长因子、神经元和免疫刺激的转录反应，编码Fos、EGR和NR4A家族的转录因子，促进迟发反应基因（LRG）的转表达，介导细胞对刺激作出响应。而LRG具有细胞反应特异性，在对首次刺激的适应性反应中至关重要，IEG mRNA在首次刺激后的几分钟内积累，一旦翻译，它们的蛋白质会迅速降解，从而出现蛋白质瞬时爆发式表达，促使细胞对各种刺激产生适当的反应。 尽管IEG的转录机制得到了很好的研究，但IEG蛋白的降解机制仍然是个谜。为了表征IEG蛋白的降解机制，Michael E. Greenberg和Stephen J. Elledge团队通过全局蛋白质稳定性分析（GPS）系统来测定IEG蛋白质的稳定性，并进行全基因组CRISPR-Cas9筛选，以寻找那些调节IEG蛋白稳定性的基因（图2）。 他们发现，midnolin蛋白是哺乳动物中一种未被充分表征的蛋白质，它的过表达促进c-Fos、FosB、EGR1和NR4A1等多种IEG蛋白的蛋白酶体降解，抑制蛋白酶体的活性而不是抑制泛素化酶的活性可抑制IEG蛋白降解，表明IEG蛋白降解依赖于midnolin和蛋白酶体，而不是泛素化降解途径。midnolin-蛋白酶体途径可能代表了蛋白酶体绕过经典泛素化途径，以实现核蛋白选择性降解的一般机制。 图5. midnolin-蛋白酶体途径独立于泛素化降解许多核蛋白[5] O-糖基化是真核生物中最普遍的糖基化形式。在多种类型的O-糖基化蛋白中，最突出的是黏蛋白（mucins），它主要由上皮细胞分泌，在一系列类型的肿瘤细胞中表达，并通过调节蛋白稳定性诱导各种致癌信号分子促进肿瘤进展。 黏蛋白酶StcE是一种选择性切割黏蛋白的蛋白酶。StcE可以选择性地从生物样品中去除黏液结构域糖蛋白，并将其切割成片段，便于分析。StcE对黏蛋白表现出基于肽和聚糖的选择性。斯坦福大学的Carolyn R. Bertozzi教授团队通过纳米抗体将StcE酶靶向到癌细胞表面，并通过酶工程化改造降低StcE酶的酶活性，从而仅在癌细胞表面富集的情况下完成降解过程，避免误伤健康细胞的黏蛋白，具有肿瘤治疗的前景（图6）。 图6. ColabFold (Methods)62预测的纳米体-黏液酶偶联物的结构[6] 5 通过分子内二价胶 进行靶向降解 IBG1是专利报道的一个类PROTAC的降解剂，其是由BET抑制剂JQ1和DCAF15的芳基磺酰胺配体E7820连接而成，能够在多个细胞系中诱导BRD4的高效降解。实验结果表明，IBG1诱导的BRD4降解依赖于蛋白酶体途径，但与DCAF15无关。 英国邓迪大学的Ciulli团队与奥地利科学院CeMM分子医学研究中心的Winter团队通过研究IBG1分子对BRD4的靶向降解机制，揭示了IBG1是一种分子内二价胶水，并发现了一种新型的靶蛋白降解模式，即小分子同时顺式（cis）结合靶蛋白的两个相邻结构域，靶蛋白构象的变化使其粘连到E3连接酶上，与一般的PROTAC等反式（trans）蛋白-连接酶结合有着本质的区别。 这种两个结构域的分子内二聚化修饰蛋白质表面并调节蛋白-蛋白相互作用的方法，是一种高效靶向蛋白质降解的新策略（图7），为药理学的发展提供了新的设计方向。 图7. 传统的一价胶和二价PROTACs与分子内二价胶分子识别模式的示意图模型[7] 参考文献： 1.Targeted Biomolecule Regulation Platform: A Split-and-Mix PROTAC Approach 2.Selective Protein of Interest Degradation through the Split-and-Mix Liposome Proteolysis Targeting Chimera Approach 3.Mitochondrial Protease Targeting Chimeras for Mitochondrial Matrix Protein Degradation 4.Reversible Assembly of Proteolysis Targeting Chimeras 5.The midnolin-proteasome pathway catches proteins for ubiquitination-independent degradation 6.Design of a mucin-selective protease for targeted degradation of cancer-associated mucins 7.Targeted protein degradation via intramolecular bivalent glues 声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！ 长按关注本公众号  粉丝群/投稿/授权/广告等 请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓