秋風漸緊，小夥伴們是不是一邊捧着秋天第n杯奶茶，一邊煩惱着如何減重呢？
全世界有近五分之一的人受到肥胖問題的困擾。除了容貌及身材焦慮，肥胖也帶來一系列健康威脅，包括糖尿病、脂質代謝異常、非酒精性脂肪肝及高血壓等心髒代謝綜合征（CMS）[1]。面對這一全球性流行病，科學家們不斷探索促進脂肪分解、控制體重的有效方法。
近日，由約翰霍普金斯大學醫學院David A. Kass教授領銜的研究團隊在《臨床調查雜志》 發表重要研究結果，他們的研究發現：“偉哥”的近親cGMP磷酸二酯酶PDE-9A選擇性抑制劑（PDE9-I）可促進脂肪細胞線粒體代謝及脂肪分解，進而治療飲食誘導的肥胖及心髒代謝綜合征（CMS）[2]。
他們的研究表明：老藥PDE9-I在治療心力衰竭之外，對中心性肥胖及其相關的心髒代謝綜合征具有潛在治療作用。
David A. Kass教授團隊揭示PDE9-I的減脂作用
由利鈉肽（NP）或一氧化氮（NO）激活的cGMP-PKG通路是内源性脂肪分解的重要途徑之一。
既往研究表明，激活cGMP-PKG通路可通過上調激素敏感性脂肪酶（HSL）及周脂素（perilipin）表達水準，促進線粒體氧化代謝及胰島素通路活性，進而抑制飲食誘導的肥胖 [3]。據此，促進cGMP合成或抑制cGMP水解，可能是促進脂肪分解進而減重的有效治療手段。
然而，人工合成的重組利鈉肽、（亞）硝酸鹽等可溶性cGMP激動劑有着半衰期短、潛在降血壓作用等局限性 [4]。那麼，從抑制cGMP水解的角度入手，能否實作我們的減脂目标呢？
PDE5、PDE9是經典的特異性降解cGMP的磷酸二酯酶。
其中，PDE5抑制劑（PDE5-I）可通過激活NO-cGMP通路擴張血管，而被用于治療勃起功能障礙、肺動脈高壓及心力衰竭等疾病[5]。遺憾的是，在模拟絕經期婦女生理條件的卵巢切除小鼠模型中，科學家們發現PDE5-I的心血管保護作用竟不複存在[6]。
衆所周知，中心性肥胖及心髒代謝綜合征在絕經後婦女中發生率遠遠高于絕經前的中青年女性 [7]；而PDE5-I的心血管保護作用顯然無法覆寫到這一高危人群。
不同于PDE5-I，既往研究證明PDE9-I是通過激活NP-cGMP通路（而非NO-cGMP）發揮心血管保護作用[5]。David團隊猜想，不同的治療機制可能使得PDE9-I對絕經婦女肥胖相關心血管病變有治療作用。
為探究PDE9-I對肥胖及心髒代謝綜合征的治療作用，David A. Kass教授團隊首先建立了合并心血管病變的飲食誘導肥胖模型（DIO/mTAC）。對雄性、雌性及手術切除卵巢（OVX）的雌性實驗小鼠分别進行連續6個月高脂飲食（HFD）喂養。
其中一組小鼠在高脂飲食的後兩個月被實施了主動脈夾閉（mTAC）手術，以造成輕度心髒壓力負荷，作為合并有心髒代謝綜合征的肥胖模型；另外一組則僅作高脂飲食處理誘導肥胖模型。
合并心血管病變的飲食誘導肥胖模型
随後，研究人員觀察口服PDE9-I對上述兩種模型小鼠的治療作用。
他們發現，PDE9-I不僅可以明顯減輕肥胖小鼠的體重及内髒脂肪含量，并且顯著改善高血糖、高血脂、脂肪肝等代謝綜合征的表現。
基于既往研究報道的PDE9-I心血管保護作用 [5]，David團隊進一步探究PDF9-I能否改善合并有心髒代謝綜合征的肥胖小鼠心髒結構及功能異常。
結果發現，PDE9-I不僅顯著改善DIO/mTAC小鼠左心室射血分數、等容遲豫時間（IVRT）等心功能名額，并且下調一系列促進心肌肥大及纖維化的基因表達，有效控制了心肌肥大進展。
值得注意的是，PDE9-I的減脂及心髒保護用在雄性及手術切除卵巢（OVX）的雌性小鼠中較為一緻，但對肥胖的雌性小鼠則無顯著療效。
PDE9-I改善心功能異常并抑制心肌肥大
那麼，PDE9-I是如何發揮減脂減重、保護心髒的治療作用的呢？
David團隊通過轉錄組測序發現，PDE9-I治療組相比于對照組小鼠心肌細胞高表達轉錄因子PPARα。不僅如此，PPARα調控的多個下遊脂肪酸氧化（FAO）基因表達水準在接受PDE9-I治療後也明顯上調。
考慮到脂肪酸氧化是脂肪分解的重要途徑之一 [1]。David團隊想知道PDE9-I上調PPARα下遊脂肪酸氧化相關基因表達，是否促進了脂肪分解。
David團隊在心肌細胞體外培養體系中，加入脂肪酸模拟高脂飲食對心肌細胞的毒性作用。他們發現，PDE9-I處理的心肌細胞中脂滴沉積明顯減少，并伴随線粒體數目增多、脂肪分解産物甘油水準上升。這些實驗結果說明，PDE9-I可能通過促進線粒體脂肪酸氧化，減輕高脂對心肌細胞的毒性作用。
PDE9-I促進心肌細胞分解脂肪
随後，David團隊發現，利用PPARα小分子抑制劑（GW6471）抑制PPARα活性，将阻斷PDE9-I對肥胖小鼠的減脂作用。這一結果再次确證了激活PPARα，是PDE9-I促進脂肪分解的核心機制。
但還有一個沒解決的問題是，為什麼PDE9-I在高脂喂養的雌性小鼠中并沒有明顯的減脂療效呢？
既往研究也有類似的發現，即内源性雌激素會抑制PPARα 活性并降低其下遊脂肪酸氧化相關基因表達水準，但其中機制如何仍未闡明 [8]。
David團隊發現：在高脂喂養的雌性小鼠中，雖然PDE9-I處理依然上調PPARα的表達水準，但其下遊調控的脂肪酸氧化相關基因表達卻無明顯變化。
他們猜想，這可能是雌激素受體（ER）通路阻礙了轉錄因子PPARα與其下遊調控基因的結合作用。
為了證明這一猜想，David團隊通過染色質免疫沉澱-測序（ChIP-seq）實驗發現：在僅加入PPARα激動劑的條件下，約有17500個DNA結合位點受到轉錄因子PPARα的調控作用；而在同時激活了雌激素受體ERα條件下，這一數字幾乎減半；在共激活雌激素受體ERβ時，上述DNA結合位點中僅餘1/3左右仍受到PPARα調控作用。
不僅如此，KEGG基因富集分析顯示：激活雌激素受體所抑制的PPARα靶基因大多數與細胞代謝相關，尤其是脂肪酸氧化代謝。這說明雌激素受體通路确實抑制了轉錄因子PPARα對脂肪酸氧化相關基因的調控作用；也進一步解釋了為什麼PDE9-I并不能有效促進肥胖雌性小鼠的脂肪分解及氧化代謝。
在肥胖雌性小鼠中，PDE9-I對PPARα脂肪酸氧化基因表達并無明顯調節作用
總的來說，David A. Kass教授團隊的研究闡明了 PDE9-I這一血管擴張藥可通過激活轉錄因子PPARα促進脂肪氧化代謝，進而治療肥胖相關的心髒代謝綜合征。
值得注意的是，PDE9-I對未絕經中青年女性的減脂作用可能并不理想。究其原因David團隊指出，雌激素受體通路抑制了PPARα對脂肪酸氧化相關基因的調控作用，以至造成了PDE9-I減脂作用的性别差異（豬豬girl暴風哭泣一秒…）。
減脂大業任重道遠，期待科學家們研發奶茶小仙女們也能用的減肥新藥！
參考文獻：
[1] Koliaki C, Liatis S, Kokkinos A. Obesity and cardiovascular disease: revisiting an old relationship. Metabolism. 2019;92:98-107. doi:10.1016/j.metabol.2018.10.011
[2] Mishra S, Sadagopan N, Dunkerly-Eyring B, et al. Inhibition of phosphodiesterase type 9 reduces obesity and cardiometabolic syndrome in mice [published online ahead of print, 2021 Oct 7]. J Clin Invest. 2021;e148798. doi:10.1172/JCI148798
[3] Collins S. A heart-adipose tissue connection in the regulation of energy metabolism. Nat Rev Endocrinol. 2014;10(3):157-163. doi:10.1038/nrendo.2013.234
[4] Hoffmann LS, Etzrodt J, Willkomm L, et al. Stimulation of soluble guanylyl cyclase protects against obesity by recruiting brown adipose tissue. Nat Commun. 2015;6:7235. Published 2015 May 26. doi:10.1038/ncomms8235
[5] Lee DI, Zhu G, Sasaki T, et al. Phosphodiesterase 9A controls nitric-oxide-independent cGMP and hypertrophic heart disease. Nature. 2015;519(7544):472-476. doi:10.1038/nature14332
[6] Sasaki H, Nagayama T, Blanton RM, et al. PDE5 inhibitor efficacy is estrogen dependent in female heart disease. J Clin Invest. 2014;124(6):2464-2471. doi:10.1172/JCI70731
[7] Obokata M, Reddy YNV, Pislaru SV, Melenovsky V, Borlaug BA. Evidence Supporting the Existence of a Distinct Obese Phenotype of Heart Failure With Preserved Ejection Fraction. Circulation. 2017;136(1):6-19. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.116.026807
[8] Jeong S, Yoon M. Inhibition of the actions of peroxisome proliferator-activated receptor alpha on obesity by estrogen. Obesity (Silver Spring). 2007;15(6):1430-1440. doi:10.1038/oby.2007.171
本文作者丨BioTalker