骨骼肌是健康人体最大的运动和代谢器官之一，负责高达80%的餐后葡萄糖摄入，在稳定的能量代谢调节中发挥着重要作用。近年来，随着高通量测序和微量蛋白质组学技术的发展和推广，人们发现骨骼肌也是一个重要的内分泌器官，合成和分泌数百个骨骼肌分泌因子（Myokine）。然而，这些骨骼肌分泌因子在代谢组织重塑和能量稳态调节中的作用及其潜在作用机制仍然很少，需要深入分析。
2023年7月19日，浙江大学基础医学院孟卓贤研究员团队与浙江大学医学院附属儿童医院傅俊芬教授合作《Nature Communications》杂志在线发表题为“The muscle-enriched myokine Musclin impairs beige fat thermogenesis and systemic energy homeostasis via Tfr1/PKA signaling in male mice” 研究论文，发现并揭示了抑制脂肪细胞产热代谢、调节全身能量平衡的新机制。
本研究首先通过整合分析人骨骼肌样本的基因表达谱和分泌因子编码基因的组织分布图，筛选出分泌因子Musclin，在肥胖患者的骨骼肌中显著增加，在骨骼肌中具有特异性。作者发现，Musclin在肥胖、T2D患者和小鼠骨骼肌中表现明显较高，导致血浆中蛋白质水平显著提高，这表明Musclin可能是促进肥胖及其相关代谢性疾病的重要风险因素（图1）。
图1 在超重或肥胖患者的骨骼肌中，骨骼肌分泌因子Musclin显著表达了高度的表达
为了进一步研究Musclin对脂肪组织和全身代谢的影响，研究人员建立了两种Musclin gain-of-function小鼠模型：骨骼肌特异性Musclin转基因（MCK-Musclin）用AAV介导的Musclin表达小鼠。研究发现，在正常的饮食和喂养条件下，Musclin的过度表达可以抑制小鼠的产热功能，增加皮下脂肪含量，对小鼠的饮食和运动能力没有明显影响。MCK-Musclin小鼠腹股沟皮下脂肪通过慢性冷刺激处理（iWAT）、棕色脂肪（BAT）、附睾脂肪（eWAT）研究人员发现，Musclin显著抑制了iWAT中大量脂肪酸代谢、细胞呼吸、葡萄糖代谢、适应性产热等相关基因的表达。结果表明，Musclin主要针对皮下脂肪组织，抑制其产热功能。进一步研究发现MCK-Musclin或 AAV介导的Musclin表达显著加重了小鼠的高脂饮食（HFD）肥胖及相关代谢异常。
在机制研究方面，研究人员利用体外细胞模型(C3H10T1/2分化的米色脂肪细胞)确定了米色脂肪细胞Musclin蛋白的氧气消耗率（OCR）以及糖脂代谢和产热基因表达的直接抑制作用，发现Musclin的抑制产热功能依赖于CAMP/PKA信号途径。然后，研究人员通过蛋白质生物素附近的标记技术（BioID）Musclinin结合质谱技术分析-BirA*融合蛋白（BirA*它是一种用Biotin标记的生物素连接酶处理组和对照组细胞膜上的差异蛋白，在产热脂肪细胞上发现了Musclin的新受体:Tfr1(转铁蛋白受体1)(图2)。然后，利用Tfr1脂肪细胞特异性基因敲击鼠模型、SPR分子互动实验、基因敲击细胞模型等各种研究手段，作者确定了Tfr1在米色脂肪细胞中的选择性高表达，介绍了Musclin对其产热代谢功能的选择性调节（图2）。
图2 Musclin作用于筛选和验证米色脂肪细胞上的受体
为了探索Musclin对肥胖及其相关代谢性疾病的治疗作用和潜在的临床转化价值，研究人员建立了两种Musclin loss-of-function小鼠模型:骨骼肌特异性Musclin基因敲除（Musclin-MKO）小鼠和Musclin中和抗体处理（Musclin Ab）小鼠模型。研究结果表明，Musclin基因缺失或功能阻断可以显著提高皮下脂肪的产热功能，提高全身代谢率，进而改善高脂饮食（HFD）肥胖和代谢紊乱。这些结果进一步验证了Musclin的产热代谢抑制作用，并提示Musclin作为肥胖和T2D潜在治疗的新目标。
综上所述，本研究从人群样本出发，筛选并发现骨骼肌分泌因子Musclin在肥胖患者骨骼肌和血液循环中表现明显较高。此外，通过抑制米色脂肪细胞的产热代谢，减少身体的能量消耗，在全身糖脂代谢的稳定调节中发挥着重要作用。此外，该工作首次发现并确定了Musclin在产热脂肪细胞膜上的作用受体Tfr1及其下游CAMP/PKA所依赖的信号传输方式(图3)。
图3 Musclin靶向Tfr1//cAMP/PKA信号抑制脂肪细胞产热代谢
值得一提的是，过去的研究发现，多种分泌因素可以促进棕色和米色脂肪的热功能，研究首次报告了皮下脂肪的热代谢，通过骨骼肌-脂肪组织交叉对话调节脂肪热功能和全身代谢稳定性，为肥胖及其相关代谢性疾病的诊断和治疗提供了潜在的新生物标志和干预新目标（相关发明专利已申请）。
浙江大学基础医学院孟卓贤研究员是论文的最后通讯作者，浙江大学附属儿童医院傅俊芬教授是共同通讯作者。金露博士(毕业于浙江大学医学院)、博士后韩爽(已出站)、连云港市第一人民医院体育医学科副主任医师吕雪是论文的第一作者。本课题获得基础医学院Dantee Neculai教授、陈伟教授、吴鹏博士的大力支持。该研究获得了国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划、浙江自然科学基金、浙江大学基础医学院原创探索培养计划等基金项目的资助。
