肥胖和代谢综合征人数在全天下规模内迅速增添 ，并会导致高发病率和殒命率 。医疗界一直在重点关注着肥胖及其并发症的生长预防和治疗战略 。在哺乳动物中 ，棕色脂肪组织（BAT）和白色脂肪组织（WAT）均可增进全身能量稳态 ，可是它们的剖解结构、形态和功效却大不相同 。
BAT的激活增添能量消耗 ，它的活性与身体质量指数和脂肪量成反比 ，这使得BAT有望成为一个抗肥胖治疗剂 。BAT由于其奇异的解偶联卵白1（UCP1）表达而爆发热量 ，该卵白通过将质子动力与三磷酸腺苷的爆发解偶联来耗散能量 。只管UCP1的表达在基础条件下仅限于BAT ，但长时间的冷袒露或β3-肾上腺素刺激不但可以增添BAT中UCP1介导的产热能力 ，还可以激活WAT中褐色样米色脂肪细胞的群集 。在成人中 ，WAT漫衍在全身并位于浅层脂肪垫上 ；但BAT保存于深层脂肪垫的较小区域 ，例如子宫颈、锁骨上和椎旁区域 � Ｋ剂康狡涓缓裥院吞厥馕恢� ，WAT更容易获得和使用 。WAT诱导的褐变可能具有预防或治疗肥胖症和与肥胖相关的代谢异常的重大潜力 。
在先前的研究中已经批注 ，小鼠UCP1的异位表达可以使骨骼肌和脂肪组织免受饮食诱导的肥胖 ，猪缺乏功效性的UCP1基因 ，而白色脂肪中UCP1的异位表达增进了脂解和耐寒性 。这些研究清晰地证实晰异位过表达的UCP1在动物中的抗肥胖作用 。然而 ，尚不清晰通过激活内源性UCP1基因座位能否在人类中重现这些作用 。
自体细胞疗法是一种优选的治疗干预步伐 ，其中将细胞取自个体并施用于统一个体以使免疫倾轧最小 。自体细胞疗法一直是非� ；钤镜难芯苛煊� ，如CRISPR 。CRISPR-Cas9系统为哺乳动物细胞中的基因组编辑提供了强盛的手段 ，并且已经在CRISPR-Cas9的基础上开发了几种新工具来实现基因表达的靶向抑制或激活 。在CRISPR激活手艺中 ，将核酸酶失活的Cas9与反式激活域融合 ，并由靶向特定启动子的单向导RNA指导 ，该合成转录复合物可以激活内源基因的表达 。CRISPR激活系统已被用于驱动种种小鼠和人类细胞类型的分解、转分解和重编程 。然而 ，尚未测试过CRISPR工程刷新的细胞对全身代谢的影响及其对抗肥胖和与肥胖相关疾病的治疗潜力 。
CRISPR激活的高级版本之一是协同激活介体（SAM）系统 ，其中dCas9与融合卵白连系 ，该融合卵白由来自激活B细胞核因子κ轻链增强子（NF-κB）的两个转录激活域组成和热休克因子1（HSF1）协同增进转录 。克日 ，研究职员在人类白色前脂肪细胞中使用了CRISPR-SAM系统来激活UCP1基因表达 。除了表征这些CRISPR工程化的人类细胞外 ，还通过治疗小鼠的肥胖症和代谢杂乱证实晰这些细胞的治疗潜力 。该项研究效果揭晓在《Science Translational Medicine》上 。
CRISPR-SAM对UCP1的内源性激活触发了人类白色脂肪细胞中的褐色样表型
研究职员接纳了CRISPR-SAM系统来增添人类白色前脂肪细胞中内源性UCP1的表达 ，共设计了四种差别的指导RNA靶向人类UCP1上游约50至150bp基因和稳固表达的编码dCas9的载体与病毒卵白转录激活子的四个串联重复序列融合 。将CRISPR-SAM系统与gRNA A到D的慢病毒转导到源自两个受试者的人类白色前脂肪细胞中 。gRNA-A使UCP1 mRNA 增添约6000倍 ，使UCP1卵白增添约20倍 。这些发明批注 ，将靶向UCP1的 CRISPR-SAM和sgRNA连系使用 ，可以通过开启内源性UCP1表达将人的白色前脂肪细胞刷新成人的褐色样细胞 。
与缺少sgRNA的原始人类白色脂肪细胞相比 ，HUMBLE细胞在成脂分解后坚持了较高的UCP1表达 。然而 ，UCP1在HUMBLE细胞中的表达略低于统一小我私家的分解棕色脂肪细胞 。与白色比照组脂肪细胞相比 ，HUMBLE细胞显示出升高的GLUT1 mRNA 。与棕色比照脂肪细胞相比 ，HUMBLE细胞导致线粒体活性和线粒体DNA含量增添 。与白色比照脂肪细胞相比 ，HUMBLE细胞显示出更细长且毗连的线粒体网络 ，类似于棕色比照脂肪细胞的线粒体形态 。
除了具有棕色比照脂肪细胞的分子和结构特征外 ，HUMBLE细胞还获得了棕色脂肪样功效性表型 。与白色比照组细胞相比 ，HUMBLE脂肪细胞使用葡萄糖作为底物时 ，其葡萄糖摄取量、基础呼吸频率、质子走漏和福司可林（FSK）依赖性耗氧率（OCR）增添 。与白色比照组细胞相比 ，它们还具有更高的脂肪酸依赖性OCR能力 ，而脂肪酸的摄取没有改变 。使用热敏荧光染料 ，研究职员直接丈量了作育细胞爆发的热量 ，发明与福司柯林相比 ，HUMBLE细胞比白色比照细胞爆发更多的热量 。这些发明批注 ，HUMBLE细胞在使用葡萄糖或脂肪酸作为燃料泉源方面具有热学能力 。
HUMBLE细胞重构小鼠的功效性脂肪细胞
泉源:Science Advances
基因工程或药理诱导的米色/棕褐色细胞的移植可改善小鼠体内的代谢稳态 。为了确定HUMBLE细胞在体内的代谢影响 ，将白色比照、HUMBLE和棕色比照前脂肪细胞与Matrigel混淆 ，然后移植到免疫功效低下的裸鼠的胸骨区域 。移植后2周 ，HUMBLE细胞在三种移植细胞系中显示出最高的萤光素酶信号 。到第4周在棕色比照细胞和HUMBLE细胞中都检测到大宗的UCP1表达 ，这批注棕色比照前脂肪细胞已分解为成熟的脂肪细胞 ，且UCP1表达上调 。另外 ，划分通过小鼠CD31和酪氨酸羟化酶的阳性染色所示 ，移植的组织变得血管化和受神经支配 。研究职员在小鼠血清中检测到人脂联素 ，这批注这些移植物具有可以作为内渗透组织渗透脂联素或其他因子进入循环系统的功效 。总之这些数据批注 ，移植的前脂肪细胞可以在体内重构脂肪组织 ，从而在体外归纳综合这些细胞的表型 。
HUMBLE细胞增进小鼠葡萄糖代谢和生热
为了研究HUMBLE细胞是否能预防小鼠DIO代谢杂乱 ，研究职员监测了移植前2周接受45％高脂饮食（HFD）喂养的受体小鼠的代谢表型 。接受HUMBLE和棕色比照脂肪细胞的小鼠比接受白色比照细胞的小鼠体重减轻 。与接受白色比照细胞的小鼠相比 ，使用HUMBLE或棕色比照细胞移植的小鼠的葡萄糖耐量和胰岛素敏感性也提高了约30％至35％ 。血清胰岛素没有统计学上的显著转变 。然而 ，与接受白色比照细胞的小鼠相比 ，在HUMBLE和棕色比照细胞组中循环甘油三酸酯的浓度降低了 。与接受白色比照细胞移植的小鼠相比 ，棕色比照脂肪细胞移植使小鼠在冷袒露时能够坚持更高的焦点体温 。
泉源:Science Advances
为了进一步验证HUMBLE细胞在体外和体内的代谢作用 ，研究职员使用从另一个个体和相同的CRISPR-SAM系统疏散的白色前脂肪细胞天生了另外的HUMBLE细胞系 。与上述对供体A41爆发的细胞的� ；ぷ饔靡恢� ，由供体A38爆发的HUMBLE细胞在体外也显示出很高的产热潜力 ，并且当使用相同计划举行体内移植时 ，其糖耐量、胰岛素敏感性和糖耐量均获得改善 。这些效果批注基于CRISPR的HUMBLE细胞战略适用于差别的人类受试者 。
重大的细胞移植改善饮食诱发的肥胖小鼠的新陈代谢
泉源:Science Advances
为了检查使用HUMBLE细胞治疗肥胖症的潜力 ，研究职员将细胞移植到DIO裸鼠中 。移植了HUMBLE或棕色比照细胞的DIO小鼠的体重比移植了白色比照细胞的小鼠轻 ，这与葡萄糖耐量和胰岛素敏感性的显著提高以及移植后4周的循环胰岛素浓度降低有关 。与移植了白色比照细胞的小鼠相比 ，移植了HUMBLE或棕色比照细胞的小鼠的肝脏脂质含量降低了 ，内源性BAT和皮下WAT中的脂质滴巨细响应降低了 。总之 ，这些数据批注 ，HUMBLE细胞移植可能是潜在的抗肥胖治疗战略 。
HUMBLE细胞移植在体内激活内源性鼠BAT
泉源:Science Advances
与具有白色比照细胞移植的小鼠相比 ，接受HUMBLE或棕色比照细胞的小鼠从循环中扫除葡萄糖放射性示踪剂的速率更快 ，这归因于内源鼠BAT中葡萄糖的摄取增添 ，而不是移植细胞对葡萄糖的摄取增添 。内源性scWAT或骨骼肌中的葡萄糖摄取或任何上述基因的表达没有转变 。从功效上讲 ，与接受白色比照细胞的小鼠相比 ，接受HUMBLE或棕色比照细胞的小鼠的内源性BAT周围的外貌温度更高 ，提醒受体小鼠顺应性生热的激活 。这些数据批注 ，HUMBLE和棕色比照细胞可以激活内源性BAT 。
效果与讨论
在本研究中 ，研究职员使用CRISPR-SAM系统工程刷新了人类白色前脂肪细胞 ，以激活内源性UCP1基因并驱动类似棕色的表型 。通过使用配对的人类白色和棕色前脂肪细胞系能够将工程刷新的HUMBLE细胞及其同基因的亲本白色比照细胞与统一个体的真正的棕色比照细胞举行较量 ，从而提供准确的表型较量 。研究数据证实晰CRISPR工程化的HUMBLE细胞在预防和治疗肥胖症方面的临床前治疗潜力 。HUMBLE细胞的移植可大大改善小鼠体内的葡萄糖稳态 。
在研究中 ，移植的人类前脂肪细胞原位分解为脂肪细胞 ，更主要的是在肥胖的小鼠模子中 ，脂肪细胞功效所需的血管化和神经支配得以生长 。别的 ，移植的细胞在体内存活了至少12周 ，因此这些细胞对小鼠体内葡萄糖稳态的有益作用得以一连 。效果批注 ，基于HUMBLE细胞的疗法可潜在地用于对抗高热量饮食引起的代谢杂乱 。
此项研究保存一定的局限性 ，研究职员使用免疫功效低下的裸鼠作为HUMBLE细胞移植的受体 ，以阻止人类细胞移植的免疫倾轧 。可是 ，免疫受损的小鼠中特异性免疫细胞和细胞因子的缺乏可能会影响代谢评估的效果息争释 。CRISPR这一被称为“魔剪”的基因编辑工具在基因工程应用方面被寄予厚望 ，其依附着本钱低廉、操作利便以及效率高等优点已经成为了生物科研的得力助手 ，但不可否定的是CRISPR现在仍然面临着易脱靶等等的问题与挑战 ，尊龙凯时作为新药研发CRO也会继续关注基因编辑手艺的生长 ，期待CRISPR手艺生长成熟的那一天 ，为人类康健孝顺实力 。
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