長壽鼠棕色脂肪衍生 Lipokine（18-HETE）活化 PPARα 改善肝臟代謝健康之機制研究

會議／場次： ENDO 2026／ORF15
短講： ORF15-07｜A Brown Fat-Derived Lipokine from Long-Lived Mice Enhances Hepatic Metabolic Health via PPARα Activation
講者： Tadataka Tsuji, DDS, PhD

整理稿

演講背景與研究動機

肥胖與代謝功能障礙是心血管代謝疾病（Cardiometabolic disease）的主要驅動力，其中包括代謝相關脂肪肝病（metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease, MASLD）以及代謝相關脂肪肝炎（metabolic dysfunction-associated steatohepatitis, MASH）。脂肪組織（adipose tissue）在系統性代謝調節中扮演核心角色，但不同解剖部位的脂肪庫（adipose depots）具有截然不同的功能：

白色脂肪組織（white adipose tissue, WAT）：主要功能為透過三酸甘油酯儲存能量，組織結構以單房油滴（unilocular lipid droplets）為主。
棕色與米色脂肪組織（brown and beige adipose tissue, BAT）：具有多房油滴（multilocular lipid droplets）、豐富的線粒體（mitochondria）以及高水平的解偶聯蛋白質 1（uncoupling protein 1, UCP1）表現，主要透過產熱程序（thermogenic program）消耗能量。

Slides 延伸補充：人體 WAT 分為皮下（subcutaneous, 如頸部、鎖骨上、腋下、縱隔、軀幹與肢體等）與內臟（visceral, 如大網膜、腸系膜、腎周、性腺等）脂肪；BAT 與米色脂肪則分佈於頸部、鎖骨上、縱隔與脊柱旁等區域。冷刺激與 β-腎上腺素能刺激可誘導皮下 WAT 發生「米色化（browning）」，轉化為具產熱功能的米色脂肪細胞（Cypess AM, NEJM, 2022）。

除了能量儲存與消耗，脂肪組織也是重要的內分泌器官，能分泌多種內分泌分子，包括脂質介質（lipid mediators / lipokines），進而調節全身代謝與肝臟功能。臨床觀察顯示，在 MASLD 患者中，棕色脂肪活性顯著下降，提示棕色脂肪功能受損可能參與了肥胖相關肝臟病變的病理過程。

Slides 延伸補充：臨床研究（Ahmed et al., Cell Reports Med, 2021; Cypess AM, NEJM, 2022）顯示，在人體中，冷誘導的鎖骨上區域質子密度脂肪分數（proton density fat fraction, PDFF）下降幅度（代表 BAT 產熱活性）在 NAFLD/MASLD 陽性患者中顯著小於 NAFLD 陰性個體（ $p = 0.019$ ），證明低 BAT 活性與 MASLD 具有明確臨床相關性。

長壽 Ames 矮異鼠（Ames Dwarf Mice）模型與 BAT 移植實驗

為了探討棕色脂肪內分泌因子對肝臟代謝的保護機制，研究團隊採用了一種獨特且代謝彈性極高的長壽小鼠模型——Ames 矮異鼠（Ames dwarf mice, Prop1^df/df）。

Ames 矮異鼠之遺傳特徵

基因突變：攜帶腦下垂體因子 1 基因（Prophet of Pituitary Factor 1, Prop1）隱性功能喪失型突變（loss-of-function mutation）。
內分泌表型：Prop1 缺陷導致腦下垂體發育受阻，無法正常分化出生長激素（growth hormone, GH）、促甲狀腺素（thyroid-stimulating hormone, TSH）及催乳素（prolactin, PRL）分泌細胞。
生理特徵：儘管體型微小，Ames 矮異鼠表現出顯著延長的壽命（long-lived）與優異的代謝韌性（metabolic resilience）。先前研究（Brown-Borg et al., Nature, 1996; Darcy et al., Endocrinology, 2016）證實，該小鼠具有極高的棕色脂肪組織產熱活性（BAT thermogenesis）。

Slides 延伸補充：Ames 矮異鼠的肩胛間棕色脂肪（interscapular BAT, iBAT）中，Pparγ 及 Adrb3 等產熱與代謝相關基因的 mRNA 表現量均顯著高於雜合子對照鼠（heterozygous control, Het）。

棕色脂肪移植實驗設計與結果

基於上述背景，講者團隊提出假設：Ames 矮異鼠活性增強的 BAT 可能分泌某種內分泌分子，賦予機體代謝獲益。

為了檢測此假設，團隊進行了 BAT 移植研究：

供體（Donors）：同型對照鼠（Het BAT）或 Ames 矮異鼠（Dwarf BAT）。
受體（Recipients）：Het 小鼠，置於 60% 高脂肪飲食（high-fat diet, HFD）誘導環境下。
組別設定：假手術組（Sham-operated）、Het BAT 移植組、Dwarf BAT 移植組（移植後繼續餵食 HFD 7 週，總 HFD 餵食期為 14 週）。

實驗結果：

組織重量變化：與 Sham 組及 Het BAT 移植組相比，接受 Dwarf BAT 移植的受體小鼠，其相對於體重的棕色脂肪組織重量與肝臟重量（relative liver weight）均出現顯著下降，而四頭肌（quadriceps）、皮下白色脂肪（sWAT）與附睾白色脂肪（pgWAT）重量無顯著差異。
肝臟脂質沉積與三酸甘油酯：肝臟組織切片（H&E staining）顯示 Dwarf BAT 移植顯著減輕了 HFD 誘導的肝臟脂質蓄積；肝臟三酸甘油酯（liver triglycerides）定量分析證實三酸甘油酯濃度顯著低於 Het BAT 移植組及 Sham 組。
肝臟基因表現譜變化：
- 脂肪生成（De novo lipogenesis）基因：表現量顯著下調。
- 脂肪酸 β-氧化（fatty acid β-oxidation）基因：包括 Pparα、肉鹼棕櫚醯基轉移酶 1/2（carnitine palmitoyltransferase 1/2, Cpt1 / Cpt2）及脂肪酸轉運蛋白（Cd36）等基因表現顯著增強。

新型 Lipokine：18-HETE 的鑑定與來源解析

為了尋找 Dwarf BAT 分泌並改善高脂飲食誘導之肝臟異常的關鍵內分泌脂質分子，研究團隊開展了信號脂質組學（signaling lipidomics）分析：

受體小鼠血清脂質篩選：利用液相層析串聯質譜儀（LC-MS/MS）分析接受 Het BAT 或 Dwarf BAT 移植之受體小鼠血漿。在檢測到的眾多信號脂質中，僅有三種代謝物在 Dwarf BAT 受體血漿中顯著升高：17-HETE、18-HETE 與 20-HETE。
跨組織資料庫重疊驗證：團隊進一步對供體小鼠（Dwarf vs. Het）的 BAT、皮下白色脂肪（sWAT）及血清進行脂質圖譜比對。在三組獨立資料庫（Dwarf 供體 BAT、Dwarf 供體血清、Dwarf BAT 移植受體血漿）中，只有 18-HETE 唯一重疊並共同顯著升高。

Slides 延伸補充：18-HETE 全名為 18-羥基二十碳四烯酸（18-hydroxyeicosatetraenoic acid, 18-HETE），屬於由花生四烯酸（arachidonic acid, 屬於 Omega-6 多不飽和脂肪酸）經細胞色素 P450（cytochrome P450, CYP450）酶途徑代謝產生的氧脂素（oxylipin）。

18-HETE 過去主要在血管生物學領域被研究（如降低血壓），但其在系統性代謝與肝臟疾病中的作用與功能先前完全未知。上述資料證實，Dwarf 鼠的 BAT 是循環中 18-HETE 的重要分泌來源。

18-HETE 在人體臨床佇列中的相關性研究

為了評估 18-HETE 的臨床相關性，講者團隊與多個國際團隊合作，在三個獨立的人體臨床佇列中檢測了循環 18-HETE 水平：

臨床佇列	樣本數與特徵	檢測指標與統計結果	臨床結論
Cohort 1 （德國，Matthias Blüher 團隊）	$N = 55$ 涵蓋瘦（Lean）、過重（Overweight）與肥胖（Obese）個體（BMI 範圍：17.6–75.4 $\text{kg/m}^2$ ；男性 $n=22$ ，女性 $n=33$ ；平均年齡 46.5 歲）	血漿 18-HETE 與 BMI 呈顯著負相關（Spearman $r = -0.3755, p = 0.0047$ ）	循環 18-HETE 水平隨肥胖程度增加而下降
Cohort 2 （加拿大，Katherine Morrison & Gregory Steinberg 團隊）	$N = 59$ 包含非 MASLD（ $n=32$ ；男 19，女 13）及 MASLD 患者（ $n=27$ ；男 17，女 10）	血漿 18-HETE 與肝臟脂肪含量（hepatic fat %）呈顯著負相關（Spearman $r = -0.3714, p = 0.0257$ ）	18-HETE 水平越低，肝臟脂肪蓄積程度越高
Cohort 3 （日本，Hirokazu Takahashi 團隊）	$N = 314$ 包含健康對照組（HC, $n=105$ ）、MASLD 患者（ $n=101$ ）及 MASH 患者（ $n=108$ ）（總男性 $n=84$ ，女性 $n=230$ ）	血漿 18-HETE 與肝臟病理組織學指標（NAS steatosis 評分）呈顯著負相關（ $p = 0.0053$ 及 $p = 0.0024$ ）	18-HETE 與 MASLD/MASH 的肝臟病理嚴重程度呈負相關

小結：在三個跨國獨立人體佇列中，循環 18-HETE 水平一致性地與肥胖、肝臟脂肪變性（steatosis）及肝臟病理損傷呈顯著負相關。

18-HETE 在小鼠模型中的外源性補充與治療效果

為了明確 18-HETE 的生物學功能，講者團隊建立了兩種不同的飲食誘導小鼠疾病模型，進行外源性 18-HETE 補充實驗：

模型一：高脂肪飲食（HFD）誘導之 MASLD 小鼠模型

模型設計：C57BL/6J 飲食誘導肥胖（DIO）小鼠，給予 60% HFD 餵食 21 週。
干預方式：每日腹腔注射（IP）溶劑（Vehicle）或 18-HETE（劑量：10 $\mu\text{g/kg}$ 體重）。
表型評估：
1. 糖代謝與產熱：腹腔葡萄糖耐受試驗（IPGTT）顯示，18-HETE 處理組顯著改善了葡萄糖清除能力；去甲腎上腺素（norepinephrine, NE）刺激試驗證實其最大產熱容量（maximal thermogenic capacity, $\Delta\text{Heat}$ ）顯著提升。
2. 肝臟病理與脂質：H&E 染色顯示 18-HETE 顯著減輕了 HFD 誘導的肝臟脂質滴蓄積，肝臟三酸甘油酯定量（ $\mu\text{mol/mg}$ protein）顯著下調。
3. 基因表現：肝臟中脂肪酸 β-氧化基因（Pparα、Cpt1a）表現顯著增加。

模型二：蛋氨酸缺乏高脂飲食（MASH）誘導之小鼠模型

模型設計：C57BL/6J 小鼠餵食 L-氨基酸配方、含 60 kcal% 脂肪及 0.1% 蛋氨酸（methionine-deficient）飲食 11 週，誘導產生 MASH 及肝纖維化（fibrotic MASH）。
干預方式：每日 IP 注射 Vehicle 或 18-HETE（10 $\mu\text{g/kg}$ 體重）。
表型評估：
1. 纖維化抑制：天狼星紅染色（Picro Sirius Red staining）顯示，Vehicle 組小鼠肝臟出現顯著的膠原蛋白沉積（collagen deposition）；而 18-HETE 處理組顯著減少了膠原纖維沉積，纖維化面積百分比（% of fibrosis area）顯著降低。
2. 分子機制：18-HETE 重新促進了脂肪酸 β-氧化基因表現，抑制了脂質生成基因，並顯著下調了促纖維化活性基因（pro-fibrotic genes, 如 Col1a1、Tgfb、Acta2 等）。

18-HETE 作用之分子機制：特異性活化 PPARα

為了闡明 18-HETE 改善肝臟代謝的分子機制，研究團隊結合生物資訊學與細胞分子生物學方法進行深入解析：

轉錄因子富集分析（TF Enrichment Analysis）

團隊對接受 2 週 18-HETE 注射的小鼠肝臟進行 RNA 轉錄組定序（RNA-seq）：

從 11,603 個蛋白質編碼基因中，篩選出 364 個 18-HETE 應答基因（FDR $< 0.05$ ）。
利用 ChEA2022 轉錄因子富集資料庫進行預測，排名前三位的候選轉錄因子分別為：RXR（retinoid X receptor）、LXR（liver X receptor）與 PPARα（peroxisome proliferator-activated receptor alpha）。

Gal4 螢光素酶報告基因實驗（Gal4-based Reporter Assay）

為了驗證 18-HETE 是否直接作為配體（ligand）活化上述核受體（nuclear receptors），團隊利用融合 Gal4 DNA 結合域（Gal4-DBD）與相應核受體配體結合域（PPAR-LBD）的報導系統進行測試：

LXRα 與 RXRα：18-HETE 在 12.5 $\mu\text{M}$ 、25 $\mu\text{M}$ 至 50 $\mu\text{M}$ 濃度下，均無法活化 LXRα 或 RXRα（陽性對照化合物 T0901317 1 $\mu\text{M}$ 與 Bexarotene 100 nM 均呈現強活化反應）。
PPARα：18-HETE 表現出濃度依賴性的特異性 PPARα 活化作用，其半數有效濃度（EC50）為 13.8 $\mu\text{M}$ （陽性對照化合物為 WY14643 10 $\mu\text{M}$ ）。

肝臟特異性 PPARα 基因敲除（Liver-Specific PPARα KO）體內驗證

為了證實 18-HETE 的肝臟保護效益是否完全依賴於肝臟 PPARα，研究團隊利用 CRISPR-Cas9 與 AAV 載體建構了肝臟特異性 Pparα 敲除小鼠：

動物模型：Alb-Cre; Cas9 小鼠，靜脈注射 AAV-Scramble sgRNA（對照組 Control）或 AAV-Pparα sgRNA（Liver-PPARα-KO）。
實驗處理：給予 60% HFD，同時每日 IP 注射 Vehicle 或 18-HETE（劑量：20 $\mu\text{g/kg}$ 體重）。

實驗結果：

肝臟脂質蓄積：肝臟特異性 PPARα 敲除小鼠（PPARα KO_Veh）表現出極為嚴重的肝臟脂質蓄積與高的肝三酸甘油酯水平。
救援效應喪失：在肝臟 PPARα 敲除背景下，補充 18-HETE（PPARα KO_18-HETE）無法減輕肝臟脂質滴蓄積，也無法降低肝三酸甘油酯含量（ $p = 0.5577$ ，無顯著差異）。
基因表現救援喪失：18-HETE 誘導脂肪酸 β-氧化（Cpt1a）與脂肪酸轉運蛋白（Cd36）基因表現的效益在 PPARα 敲除小鼠中完全消失。

上述基因敲除實驗明確證實：18-HETE 改善肝臟脂肪變性與代謝健康的生物學效應完全依賴於肝臟 PPARα 信號途徑。

結語與 Take-Home Messages

源自長壽小鼠的 Lipokine：來自長壽 Ames 矮異鼠的棕色脂肪組織能分泌 18-HETE，透過內分泌途徑顯著改善受體小鼠的系統性與肝臟代謝健康。
PPARα 依賴性作用機制：18-HETE 特異性活化肝細胞內的核受體 PPARα 信號通路，增強線粒體脂肪酸 β-氧化及肉鹼代謝（carnitine metabolism），進而在 MASLD/MASH 動物模型中抑制肝細胞脂質蓄積並減輕肝纖維化。
臨床應用潛力：人體臨床數據表明循環 18-HETE 與肥胖及 MASLD/MASH 嚴重的病理狀態呈顯著負相關。18-HETE 被鑑定為一種與長壽相關的內分泌脂質介質（longevity-associated endocrine lipokine），具備開發為肥胖相關肝臟疾病治療策略的潛力。

致謝（Acknowledgments）

講者特別感謝：

Tseng Lab（Joslin Diabetes Center）：導師 Yu-Hua Tseng 教授及實驗室全體成員。
小鼠模型合作者：SIU 的 Andrzej Bartke 博士與 Justin Darcy 博士（於 7 年前提供貴重 Ames 矮異鼠）。
人體臨床佇列合作者：德國 Leipzig 大學的 Matthias Blüher 醫師；加拿大 McMaster 大學的 Katherine Morrison 醫師與 Gregory Steinberg 博士；日本 Saga 大學的 Hirokazu Takahashi 醫師。
機制與平台合作者：BPGbio 團隊（Mike Kiebish 博士、Juan J. Henao 博士）協助信號脂質組學分析；Toronto 大學 Carolyn Cummins 博士協助報導基因實驗。
資助單位：HMS Shore Program、American Heart Association (AHA)、NIH/NIDDK (P30, R01)。

現場問答

Q1：Ann Arbor（Michigan 大學）Tetsuo 博士提問：Ames 矮異鼠具有腦下垂體功能減退（hypopituitarism）。您認為其 BAT 活化是繼發於腦下垂體功能減退，還是屬於 BAT 細胞自主性（cell-autonomous）的活化？此外，若在 POMC 基因缺陷下長期培養，BAT 功能是否仍能維持？

講者回答：這是一個非常關鍵的問題。目前我們尚未完全釐清 Ames 矮異鼠體內甲狀腺功能減退/腦下垂體低下與棕色脂肪活化之間的直接因果關聯，具體機制仍需深入研究。至於人體臨床上，腦下垂體功能減退患者的 18-HETE 水平或 BAT 活性是否發生改變，實話說目前尚不清楚，因為小鼠與人類的生理存在顯著差異，臨床上這類罕見病例的 BAT 狀況目前仍缺乏詳細數據。

Q2：UC Riverside 教授 Francis Sladek 博士提問：除了棕色脂肪組織，是否有其他組織也能合成 18-HETE？肝臟本身能合成嗎？此外，是否有特定的飲食調節（dietary modulation）可以提升這種益處顯著的 18-HETE？

講者回答：目前我們的數據表明，循環中 18-HETE 的主要分泌來源確實是棕色脂肪組織。肝臟本身似乎無法合成 18-HETE。關於飲食調節，我們推測某些飲食可能可以引發 18-HETE 的產生，但目前具體的飲食模式尚不明確。已知 18-HETE 的生物合成前體是花生四烯酸（arachidonic acid, 多不飽和脂肪酸），具體如何透過飲食精準調控其生成仍是未來值得探索的方向。

Q3：現場專家提問：18-HETE 是直接作為配體結合 PPARα，還是透過促進某種內源性配體的生成來間接活化？另外，花生四烯酸轉化為 18-HETE 的生化關係與對掌性（enantiomers）為何？

講者回答：根據我們的 Gal4 報告基因數據，我們認為 18-HETE 很可能是直接結合並活化 PPARα。在生化合成方面，18-HETE 通過細胞色素 P450（CYP450）或 15-LOX1 酶由花生四烯酸轉化而來。這類分子存在立體對掌性（18R 與 18S 兩種對掌異構物）。先前的文獻顯示，在兔腎臟模型中僅有 18R-HETE 具有降低血壓的作用，而 18S-HETE 則無活性。在我們目前的脂質組學篩選中，測得的數據包含了兩種對掌異構物的總和（inclusive）。未來若能化學合成純化的立體異構物，將能更精確地解析 18R 與 18S 在代謝調節上的特異性功能。

Q4：現場專家提問：內質網（ER）在出芽形成油滴（lipid droplets）的同時，也是 18-HETE 等代謝物生成的場所。這種對掌選擇性代謝物的生成是否會阻斷油滴出芽，從而直接減輕肝細胞脂肪變性？

講者回答：這是一個非常有創見的假說。目前我們主要將焦點放在 18-HETE 進入細胞核活化核受體（PPARα）的轉錄調控層面。至於 18-HETE 是否能在內質網膜結構上直接干預油滴出芽與脂質包裹過程，我們目前尚未探討，但這確實是一個值得未來深入研究的內質網相互作用機制。