在成年人体内发现了负责产热能量消耗的棕色脂肪组织，这具有重要的临床意义。由于目前检测棕色脂肪组织的方法存在局限性，分析体内棕色脂肪组织的丰度和定位一直颇具挑战性。在此，我们在小鼠中筛选了一个组合肽库，并表征了一种肽（序列 CPATAERPC），它能选择性地与棕色脂肪组织的血管内皮结合，而不会与腹腔白色脂肪组织的血管内皮结合。我们还表明，除了棕色脂肪组织外，这种肽探针还能识别皮下白色脂肪组织中类似棕色脂肪组织的血管。我们的结果表明，即使在没有交感神经系统刺激的情况下，CPATAERPC 肽也能定位到棕色脂肪组织。最后，我们证明了这种探针可用于通过全身近红外荧光成像来识别小鼠体内的棕色脂肪组织沉积。

单字母 H2N-CPATAERPC-OH
多字母 H2N-Cys-Pro-Ala-Thr-Ala-Glu-Arg-Pro-Cys-OH
氨基酸个数 9
分子式 C37H62N12O13S2
平均分子量(MW) 947.09

在本研究中，我们旨在开发一种用于小鼠模型中棕色脂肪组织（BAT）非侵入性识别的方法。我们之前的研究表明，在动物和临终患者体内筛选噬菌体展示的组合肽库能够识别以器官选择性方式表达的血管表面分子。此类肽探针已被应用于将成像剂和治疗剂导向感兴趣组织，包括白色脂肪组织（WAT），在动物模型中得到应用。我们假设 BAT 的血管蛋白质组可能与其他器官不同，并且差异表达的表面分子可能有助于识别选择性针对 BAT 的探针。基于这些考虑，我们着手利用小鼠模型筛选 BAT 导向肽，最终目标是在成像应用中测试它们，以检测周围组织中的 BAT（图 1a）。

在此，我们报告了针对棕色脂肪组织（BAT）归巢肽的筛选结果。我们鉴定出一种名为 PEP3 的肽，它能靶向棕色脂肪组织和代谢活跃的皮下白色脂肪组织（scWAT）的内皮细胞。通过将 PEP3 与近红外（NIR）荧光团偶联，我们测试了这种探针通过全身成像定位棕色脂肪组织的能力。我们证明，即使在交感神经系统受到抑制和 UCP1 表达水平较低的情况下，PEP3 也能识别小鼠的棕色脂肪组织。

为了分离出能靶向体内成年棕色脂肪组织的肽，我们使用了环状 CX7C 和 CX8C（C：二硫键连接的半胱氨酸；X：任何氨基酸）肽库的混合物。该混合库的总多样性约为 10^11，用于在 Sv129 小鼠体内进行筛选，这种小鼠具有明确的棕色脂肪组织沉积。低温（6°C）适应被用作激活棕色脂肪组织代谢活性的条件。在每一轮中，静脉注射的库噬菌体悬液在低温适应的动物体内循环 1 小时，然后从肩胛间棕色脂肪组织和腹腔白色脂肪组织中回收噬菌体颗粒作为对照。从棕色脂肪组织回收的噬菌体池用于在室温下饲养的 C57BL/6 小鼠体内进行后续筛选，这些小鼠的棕色脂肪组织激活水平相对较低，这样做是为了避免分离出具有背景选择性的肽。经过三轮这样的体内生物淘选，对编码肽插入物的 DNA 进行测序，揭示了六种肽序列被反复从棕色脂肪组织或白色脂肪组织中回收，回收频率超过 1%。这些肽被命名为 PEP1 至 PEP6，其序列分别为：CLNGLGRGRC（PEP1）；CWSIGNGSLC（PEP2）；CPATAERPC（PEP3）；CNFGHVGGC（PEP4）；CLATSEVVC（PEP5）和 CKEMSALKLC（PEP6）。

先前的研究为利用荧光染料对棕色脂肪组织（BAT）进行非侵入性成像奠定了基础；然而，由于缺乏特异性的 BAT 探针，其应用受到了限制。为了建立检测体内 BAT 的新方法，我们在此测试了从组合文库中分离出的肽作为成像探针的能力。综合来看，我们的数据表明，与内皮细胞结合的 PEP3 肽对 BAT 以及在皮下白色脂肪组织（sc WAT）中发现的代谢活跃的米色脂肪组织具有选择性。我们的数据证明了通过配体导向的荧光探针递送检测 BAT 的概念。我们证明了 PEP3 可用于通过全身近红外荧光成像来识别主要的 BAT 脂肪库。此前，我们已将器官归巢肽作为“诱饵”来分离相应的生物受体。确定 PEP3 的细胞表面受体（这超出了本研究的范围）可能会发现新的在 BAT 血管系统中运作的分子网络，这对我们的脂肪生物学理解以及药物发现具有重要意义。

PEP3 在冷适应动物的皮下白色脂肪组织（sc WAT）中定位升高，表明其受体不仅在与棕色脂肪组织（BAT）相关的血管中表达，也在与米色脂肪组织相关的血管中表达。鉴于近期研究表明 BAT 和某些皮下白色脂肪组织具有共同的起源，因此在 BAT 和 sc WAT 血管中发现内皮标记物的保守性并不令人意外。未来的研究将确定是否可以通过针对 PEP3 受体的探针来监测白色/米色脂肪组织的转化。尽管此处表征的探针能够可靠地区分腹腔白色脂肪组织与其他类型的脂肪组织，但未来的研究可能会发现新的分子，从而能够更特异性地靶向体内发现的每种脂肪组织类型。本研究中的每种肽都包含螯合部分 1,4,7-三氮杂环壬烷-1-戊二7-乙酸（NODAGA），这在未来的应用中可用于荧光肽的双标记与放射性同位素。

本研究的长期目标是开发用于分析人体棕色脂肪组织（BAT）的配体导向成像探针。目前尚需验证 PEP3 是否能与人体 BAT 血管中表达的受体结合。目前常用的正电子发射断层扫描（PET）成像只能检测代谢活跃的 BAT，且容易受到其他代谢活跃组织的假阳性信号干扰。我们发现，PEP3 能够在未进行冷适应和 UCP1 上调的情况下定位于 BAT 内皮细胞，甚至在使用普萘洛尔阻断代谢后也是如此。然而，切片分析（图 4d）和全身实验（图 6c）表明，冷刺激动物的 BAT 中 PEP3 积累增加，这表明代谢激活会增加 PEP3 受体的生物利用度。如图 4c、d 所示，PEP3 还能定位于皮下白色脂肪组织（sc WAT）的褐变区域血管，并且在交感神经系统刺激后，其在 BAT 和 sc WAT 中的积累均增加。图 6b 中 PEP3 定位的定量差异可能未完全体现出来，因为肩胛间组织分析容易受到实验误差的影响，切除的与 BAT 相关的 WAT 量的差异会影响读数。由于所用的全组织成像技术不够精确，目前尚不清楚棕色脂肪组织的代谢活性在多大程度上是 PEP3 归巢所必需的。

尽管 PEP3 显然存在局限性，但其发现表明了筛选出可作为成像探针的化合物的潜力，这些化合物能够定位到棕色脂肪组织（BAT），而无需对其加以刺激。我们的工作为未来筛选出可用于特异性检测单个棕色脂肪组织（BAT）部位的新探针奠定了基础。在人体内直接进行肽筛选的既定方法可能会加快该领域的发展进程。血管靶向肽探针也可能为监测高度动态的棕色脂肪组织（BAT）/白色脂肪组织（WAT）分布变化提供一种途径。随着白色脂肪组织（WAT）的过度积累，衰老和肥胖与棕色脂肪组织（BAT）的减少有关。反之，肥胖的发展可能受到棕色脂肪组织（BAT）的数量和/或活性的限制，这为肥胖管理开辟了新的视角。最终，作为本研究延续而优化的棕色脂肪组织（BAT）探针也可用于开发靶向载体，以刺激残留的棕色脂肪组织（BAT）。这有可能发展成为基于将脂肪组织的平衡向代谢活跃状态转变的新肥胖治疗方法。

参考文献：10.1038/ncomms3472 (2013)