Science | 代谢病新曙光：锁定FPR2，为干预神经酰胺诱导的肥胖与糖尿病开辟新途径！

生物探索 · 公众号 · 生物 · 2025-05-08 16:35

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比如，在肥胖、2型糖尿病、脂肪肝甚至动脉粥样硬化的患者体内，神经酰胺的含量常常显著升高。这不禁让我们思考：神经酰胺究竟是如何影响我们的新陈代谢，特别是“脂肪燃烧”这个关键环节的呢？

“脂肪燃烧”的隐形刹车片：神奇脂质“神经酰胺”的双面人生

神经酰胺并非天生就是“坏蛋”。它们是鞘脂 (sphingolipids) 的前体，在细胞结构和信号传导中扮演着不可或缺的角色。然而，凡事过犹不及。当神经酰胺在体内，尤其是在特定组织中过度累积时，它们就可能从“建设者”摇身一变，成为代谢紊乱的“推手”。

以往的研究主要集中在神经酰胺在细胞内的作用机制。但近期的研究发现，神经酰胺似乎还能扮演“信使”的角色，在不同器官之间传递信号，影响远端组织的生理功能。例如，肠道上皮细胞释放的神经酰胺，竟然能够削弱米色脂肪的产热能力，加剧脂肪肝，甚至引发血管炎症。脂肪细胞自身产生的神经酰胺，也可能加剧动脉粥样硬化。

在众多神经酰胺亚型中，C16:0神经酰胺 (C16:0 ceramide) 因其在抑制脂肪细胞产热、调控体脂积累方面的重要作用而备受关注。我们知道，脂肪细胞的产热作用与细胞内的环磷酸腺苷 (cyclic AMP, cAMP) 信号通路密切相关。许多G蛋白偶联受体 (G-protein-coupled receptors, GPCRs)，如β-肾上腺素能受体和GPR3，都能通过提高细胞内cAMP水平来促进产热。那么，神经酰胺是否会通过作用于某类特定的GPCR，来干扰cAMP信号，进而抑制产热呢？这正是研究人员迫切想要解答的问题。

实验室“探案”：C16:0神经酰胺如何一步步“冻结”你的燃脂超能力？

为了揭示C16:0神经酰胺对产热作用的具体影响，研究人员进行了一系列的动物实验和细胞实验。

首先，在喂食正常饲料 (normal chow diet, NCD) 的野生型小鼠中，研究人员连续3天给小鼠腹腔注射C16:0神经酰胺或生理盐水作为对照。结果发现，在寒冷暴露条件下，注射了C16:0神经酰胺的小鼠，其耗氧量和能量消耗均显著下降，但食量和运动能力则没有受到影响。更直观的是，这些小鼠的直肠温度和体表温度也明显降低，提示它们的御寒产热能力受损。进一步分析显示，C16:0神经酰胺处理削弱了寒冷诱导的棕色脂肪活性和米色脂肪生成，并且在原代脂肪细胞中，抑制了由佛司可林 (forskolin，一种cAMP激动剂) 诱导的产热基因表达、脂解活性和能量消耗。

接下来，研究人员将目光投向了饮食诱导的适应性产热和肥胖。他们给野生型小鼠喂食高脂饲料 (high-fat diet, HFD)，同时给予C16:0神经酰胺或生理盐水处理。持续两周后，高脂饮食小鼠血浆、皮下白色脂肪组织 (subcutaneous white adipose tissue, scWAT) 和棕色脂肪组织 (BAT) 中的C16:0神经酰胺水平均有升高。而额外给予C16:0神经酰胺处理，使得这些小鼠的葡萄糖耐量受损，胰岛素敏感性下降，耗氧量和能量消耗也进一步降低。如果将处理时间延长到8周，则更为“惨烈”：与对照组相比，额外注射C16:0神经酰胺的高脂饮食小鼠，其体重、肝脏重量、脂肪组织重量以及甘油三酯水平均显著增加。这些数据有力地证明，C16:0神经酰胺确实能够抑制机体的产热功能，并加剧肥胖和相关的代谢紊乱。

那么，C16:0神经酰胺是如何快速起作用的呢？研究人员检测了在C16:0神经酰胺刺激下，棕色脂肪、皮下白脂肪以及成熟脂肪细胞内cAMP水平的变化。他们使用的C16:0神经酰胺浓度，模拟了正常饮食 (约0.5 µM) 和高脂饮食 (约1.5 µM) 小鼠血浆中的生理浓度。令人惊讶的是，无论是0.5 µM还是1.5 µM的C16:0神经酰胺，都能在短短15分钟内迅速降低这些组织和细胞中的cAMP水平！这一发现非常关键，因为它强烈暗示，C16:0神经酰胺对脂肪组织的急性效应，很可能是通过激活一种抑制cAMP生成的Gi蛋白偶联受体 (Gi-coupled receptor) 来实现的。

“幕后黑手”浮出水面：FPR2受体——神经酰胺的“接头人”

既然推测是Gi偶联受体在作祟，那么具体是哪一个呢？研究团队利用了一个公开的基因表达数据库 (GSE40486)，筛选出在小鼠棕色脂肪组织中表达量最高的60个GPCR作为候选。随后，他们通过GloSensor-cAMP的检测技术，在人胚肾293细胞 (Human Embryonic Kidney-293, HEK293) 中逐一验证这些受体对C16:0神经酰胺的反应。

经过一番细致的筛选，“真凶”终于露出了马脚——它就是甲酰肽受体2 (Formyl Peptide Receptor 2, FPR2) ！实验结果显示，当HEK293细胞过表达FPR2后，给予C16:0神经酰胺能够以剂量依赖性的方式降低佛司可林诱导的cAMP水平，其半数有效浓度 (half-maximal effective concentration, EC50) 约为3.3 ± 0.7 µM。

为了进一步确认，研究人员还使用了Gαi1和Gαi2蛋白解离实验。结果表明，C16:0神经酰胺激活人源FPR2 (human FPR2, hFPR2) 的EC50值分别为350.6 ± 18.7 nM (针对Gαi1) 和357.1 ± 28.4 nM (针对Gαi2)。而对于鼠源FPR2 (mouse FPR2, mFPR2)，C16:0神经酰胺则主要激活Gαi2信号通路，EC50值为1.25 ± 0.15 µM。这些EC50值与人和小鼠血浆中神经酰胺的生理浓度范围 (0.4 至 1.6 µM) 相当吻合，提示FPR2确实可能在生理条件下感知神经酰胺。

有趣的是，FPR2似乎对C16:0神经酰胺的“指令”有选择性执行。虽然C16:0神经酰胺能激活FPR2的Gi信号通路，但与其他已知的FPR2内源性配体（如fMLFII、LL-37、humanin）相比，其效能较低，表明C16:0神经酰胺可能是FPR2的一个部分激动剂 (partial agonist)。更重要的是，C16:0神经酰胺并不能像fMLFII那样招募β-arrestin蛋白，也不能像LL-37那样激活Gαq或Gα12信号通路。这说明，C16:0神经酰胺通过FPR2产生的信号具有偏好性 (biased signaling)。

在更接近生理状态的原代脂肪细胞中，研究人员也观察到了类似现象。他们利用慢病毒感染技术，将编码G蛋白和β-arrestin1的生物共振能量转移 (Bioluminescence Resonance Energy Transfer, BRET) 探针导入从Fpr2fl/fl小鼠（FPR2基因两侧有loxP位点，可被Cre酶切除）和脂肪细胞特异性Fpr2敲除 (Adipoq-Cre+/-Fpr2fl/fl) 小鼠的原代脂肪细胞中。结果显示，C16:0神经酰胺能够浓度依赖性地激活Fpr2fl/fl小鼠脂肪细胞中的Gi信号，EC50值约为2.7 ± 0.7 µM，但对Gq或β-arrestin1信号则无影响。而在Adipoq-Cre+/-Fpr2fl/fl小鼠的脂肪细胞中，这种由C16:0神经酰胺诱导的Gi信号激活效应则完全消失了。这直接证明了FPR2是C16:0神经酰胺在脂肪细胞中发挥作用所必需的。

为了探究C16:0神经酰胺与FPR2是否直接结合，研究团队进行了一系列的结合实验。他们先构建了N端带有荧光基团Nanoluc (Nluc) 的hFPR2融合蛋白，并利用一种荧光标记的FPR2激动剂WK(FITC)YMVm进行竞争结合分析。结果显示，C16:0神经酰胺能够竞争性地抑制WK(FITC)YMVm与Nluc-FPR2的结合，计算出的抑制常数 (inhibition constant, Ki) 为323.6 ± 78.4 nM，这与C16:0神经酰胺诱导FPR2介导的Gi活性的EC50值在同一数量级。