# 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：
1. **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。
2. **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, Prop1df/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**：
1. **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。
2. **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。
3. **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：
1. **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**。
2. **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：
1. **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）。
2. **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**：
1. **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。
2. **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）。
3. **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
1. **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。
2. **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。
3. **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。