APSB | 雷公藤红素靶向CAP1抑制巨噬细胞炎症改善代谢综合征

代谢综合征是是一组复杂的代谢紊乱症候群，包括肥胖、高血糖、高血压、血脂异常等^[1]，这些代谢紊乱增加了糖尿病和心血管疾病的患病风险^[2]。近年来全世界范围内代谢综合征的发病率急剧攀升，亟需有效药物预防及治疗代谢综合征。

胰岛素抵抗与中心性肥胖被认为是代谢综合征的主要病因^[3]。越来越多的研究认为代谢综合征的发生发展与炎症密切相关。伴随代谢综合征的炎症活动度不高，但其与胰岛素抵抗及肥胖互相作用，加剧代谢综合征的进展^[4]。而脂肪组织巨噬细胞（ATMs）被认为是介导代谢性炎症最重要的细胞^[5]。近日南京大学医药生物技术国家重点实验室孙洋团队联合中国药科大学药物科学研究院叶慧团队发现，从中药雷公藤根茎中提取出的五环三萜类化合物雷公藤红素（Celastrol），可以通过抑制巨噬细胞炎症来显著改善小鼠代谢综合征，相关研究结果于2020年12月15日online在《Acta Pharmaceutica Sinica B》上，论文题目为“Celastrol targets adenylyl cyclase-associated protein 1 to reduce macrophages-mediated inflammation and ameliorates high fat diet-induced metabolic syndrome in mice”。

1. Celastrol显著改善HFD诱导的代谢综合征

首先，我们从整体动物水平评价Celastrol对高脂饮食诱导的小鼠代谢综合征的治疗效果。结果显示，Celastrol能减轻小鼠肥胖 (Fig. 1A and B)、降低小鼠空腹血糖水平 (Fig. 1A)、提高胰岛素敏感性 (Fig. 1D and E)、改善小鼠脂质代谢异常 (Fig. 1F and G)，有效减轻小鼠发病情况。

2. Celastrol减轻代谢综合征伴随的炎症反应

白色脂肪组织中的炎症在肥胖发生发展过程中发挥重要作用。Celastrol 能显著减轻代谢综合征小鼠附睾脂肪组织的肥大程度 (Fig. 2A and B)，降低小鼠附睾脂肪组织中炎性细胞浸润水平，尤其是 M1 型巨噬细胞的浸润 (Fig. 2C)。Celastrol 也能抑制小鼠血清中炎症因子的分泌水平 (Fig. 2D)。

3. Celastrol靶向CAP1发挥作用

那么Celastrol改善小鼠代谢综合征具体的机制是什么呢？首先，我们借助Target Responsive Accessibility Profiling (TRAP)实验筛选出Celastrol的结合蛋白CAP1 (adenylyl cyclase-associated protein 1, Fig. 3A and B)。接着，热迁移实验 (Fig. 3C and D)、pull down实验 (Fig. 3E and F) 和免疫荧光实验 (Fig. 3G) 均证明了Celastrol和CAP1存在结合现象。进一步，微量热泳动 (MST) 实验 (Fig. 3H)和等温热滴定 (ITC) 实验 (Fig. 3I)也证实了Celastrol与CAP1的结合。

4. Celastrol减少resistin诱导的炎症因子的产生

已有研究报道CAP1是resistin的受体^[6]，于是我们猜想Celastrol是否作用于CAP1-resistin-cAMP-PKA-NF-kB信号通路发挥作用。结果发现，Celastrol能显著降低小鼠血清 (Fig. 4A)、附睾脂肪组织和肝脏中(Fig. 4B and C) resistin的含量，减少cAMP的含量 (Fig. 4D)、抑制VASP的磷酸化水平 (Fig. 4E)、p-p65的入核 (Fig. 4F)及炎症因子的分泌水平 (Fig. 4G)，抑制下游信号的激活。

5. Celastrol抑制CAP1- resistin的结合

那么Celastrol能否影响CAP1- resistin的结合呢？对THP1细胞给予Celastrol处理，由于CAP1主要定位于细胞膜上(Fig. 5A)，于是分离了THP1细胞的胞浆和细胞膜组分，分别IP CAP1蛋白，结果显示，Celastrol能明显抑制CAP1和resistin在细胞膜上的结合(Fig. 5B)。接着我们分别构建了稳定敲低CAP1和过表达CAP1蛋白的THP1细胞(Fig. 5C and D)。敲低CAP1, cAMP-PKA-NF-kB信号通路受到抑制(Fig. 5E)，过表达CAP1，cAMP-PKA-NF-kB信号通路显著激活，Celastrol能抑制下游信号的过度激活(Fig. 5F)。综上，Celastrol可以抑制CAP1-resistin的结合及下游信号通路的激活。

随着肥胖的发生发展，脂肪组织中巨噬细胞的浸润和促炎细胞因子的分泌加剧慢性低度炎症的进展。具体来讲，在肥胖状态下，脂肪组织产生resistin，resistin与巨噬细胞上的CAP1受体结合并激活cAMP-PKA-NF-κB信号通路，促进下游促炎因子的表达。这些促炎因子一方面进一步促进脂肪组织的炎症和胰岛素抵抗，另一方面也加剧肝脏胰岛素抵抗和肝脂肪变性。Celastrol与CAP1结合，抑制resistin和CAP1之间的相互作用, 有效地减弱了随后的炎症反应，最终改善代谢综合征。

南京大学生命科学学院博士研究生朱雨雨和中国药科大学药物科学研究院博士研究生皖宁是该论文的共同第一作者，南京大学生命科学学院孙洋教授和中国药科大学药物科学研究院叶慧副研究员是该论文的共同通讯作者，南京大学生命科学学院徐强教授、硕士研究生单新妮和邓国亮对该研究亦有贡献。该工作得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和南京大学登峰计划等项目的资助。

References

1. Samson SL., Garber AJ. Metabolic syndrome. Endocrinology and Metabolism Clinics of North America 2014;43(1):1–23.

2. Tune JD., Goodwill AG., Sassoon DJ., Mather KJ. Cardiovascular consequences of metabolic syndrome. Translational Research: The Journal of Laboratory and Clinical Medicine 2017;183:57–70.

3. Gluvic Z., Zaric B., Resanovic I., Obradovic M., Mitrovic A., Radak D., et al. Link between Metabolic Syndrome and Insulin Resistance. Current Vascular Pharmacology 2017;15(1):30–9.

4. Mogilenko DA., Haas JT., L’homme L., Fleury S., Quemener S., Levavasseur M., et al. Metabolic and Innate Immune Cues Merge into a Specific Inflammatory Response via the UPR. Cell 2019;177(5):1201-1216.e19.

5. Dalmas E, Clément K, Guerre-Millo M. Defining macrophage phenotype and function in adipose tissue. Trends in immunology, 2011, 32(7): 307-314.

6. Lee S., Lee H-C., Kwon Y-W., Lee SE., Cho Y., Kim J., et al. Adenylyl cyclaseassociated protein 1 is a receptor for human resistin and mediates inflammatory actions of human monocytes. Cell Metab 2014;19(3):484–97.