2026年7月15日，江南大学无锡医学院朱升龙、陈永泉团队，中国科学院大连化学物理研究所梁鑫淼团队，中国科学院上海药物研究所余学奎团队等，联合赣江中药创新中心、徐州医科大学等单位，在Nature Communications（中科院1区，IF=18.1）在线发表题为 “Gαq activation of free fatty acid receptor 4 suppresses metabolic dysfunction by disrupting Nr1h3-PPARγ axis” 的研究论文。该文于2025年10月15日投稿，2026年7月7日接收，2026年7月15日在线发表。
本研究聚焦自由脂肪酸受体4（free fatty acid receptor 4，FFAR4）在代谢稳态中的组织特异性作用。作者发现，肝脏FFAR4缺失会加重高脂饮食诱导的脂质积累和肝脂肪变，而肝脏FFAR4过表达可改善饮食诱导的代谢功能障碍。机制上，肝脏FFAR4受抑会增强核受体Nr1h3与过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）的协同激活，从而促进脂肪生成。进一步，研究鉴定出来源于中药补骨脂（Psoralea corylifolia L.）的非羧酸类天然产物 补骨脂查尔酮（bavachalcone），可作为选择性、功能有效的FFAR4激动剂，并通过FFAR4-Gαq信号抑制肝脏脂质积累。冷冻电镜结构进一步揭示了补骨脂查尔酮与FFAR4-Gαiq复合物的结合模式，为开发靶向FFAR4的代谢病干预策略提供了结构和机制依据。
▶获取原文PDF文件，请关注本公众号，并在后台私信留言“20260730-2”，可自助获取！！！
☛或请关注本公众号“代谢与整合生物学”，然后点击下方链接，自动跳转下载页面：
代谢与整合生物学微信公众号_20260730-2.pdf
【摘 要】
维持葡萄糖和脂质稳态对于代谢健康至关重要，而由复杂基因-环境相互作用驱动的稳态失衡，是多种代谢性疾病发生的基础。自由脂肪酸受体4（FFAR4）被认为可能连接饮食信号与遗传性代谢易感性，但FFAR4病理生理功能背后的精确机制仍不清楚，同时高度选择性的FFAR4激动剂仍然缺乏。
本研究揭示了FFAR4在代谢器官维持代谢稳态中的关键作用。小鼠肝脏FFAR4缺失会加重脂质积累并促进严重脂肪变，而FFAR4过表达则可改善饮食诱导的代谢功能障碍。机制上，肝脏FFAR4受抑会通过增强核受体Nr1h3和PPARγ的协同激活来促进脂肪生成。
此外，研究者鉴定出从传统中药补骨脂（Psoralea corylifolia L.）中分离得到的非羧酸化合物补骨脂查尔酮（bavachalcone），其可作为功能有效的FFAR4激动剂，并能够明显减轻代谢功能障碍。冷冻电镜结构分析揭示了补骨脂查尔酮在FFAR4-Gαiq复合物中的结合模式，并阐明了其潜在机制。总体而言，本研究强调肝脏FFAR4在抵抗代谢失衡中的必要作用，并将补骨脂查尔酮确定为一种具有选择性和转化潜力、值得进一步临床评估的FFAR4激动剂。
01
研究背景及科学问题
肥胖、糖尿病和代谢功能障碍相关脂肪性肝病（metabolic dysfunction-associated fatty liver disease，MAFLD）等代谢性疾病，由于患病率快速上升，已经成为全球性健康危机。尽管治疗方面已有一定进展，但仍迫切需要更深入的机制理解，以发现新的治疗靶点并推动治疗创新。生活方式干预仍是管理代谢病的重要基础，但长期依从性较差，这凸显出开发新型治疗策略的必要性，尤其是靶向整合遗传因素与饮食因素的关键枢纽。
G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptors，GPCRs）调控多种生理过程，也是最大的一类可成药靶点。其中，自由脂肪酸受体（free fatty acid receptors，FFARs）属于A类GPCR，广泛分布于多种组织，并作为营养感受器协调代谢稳态。FFAR2和FFAR3主要结合肠道菌群来源的短链脂肪酸，而FFAR1和FFAR4则响应饮食来源的中链和长链脂肪酸（long-chain fatty acids，LCFAs）。
FFAR4被认为参与多种生理过程，包括改善胰岛素敏感性、降低糖偏好，并具有肾脏和神经认知保护作用，因此在代谢性疾病治疗领域受到高度关注。然而，FFAR4如何在多个器官中发挥作用，其精确机制仍未完全阐明。进一步开发FFAR4相关药物也受到限制，主要原因包括对组织特异性信号差异认识不足，以及FFAR4表达存在显著种间差异。
尽管临床前研究强烈支持FFAR4激动作为改善糖脂代谢的策略，但选择性激动剂的开发面临较大挑战。近期双重FFAR1/FFAR4激动剂icosabutate的IIb期ICONA试验未达到主要终点，尽管其显示出改善肝纤维化的信号。这一临床不足可能源于icosabutate对FFAR4驱动通路的选择性有限，且不能充分激活实现完整治疗效应所需的特定信号。
在本研究中，作者比较了三种组织特异性FFAR4敲除小鼠模型在高脂饮食（high-fat diet，HFD）诱导应激下的代谢响应，以解析主要代谢器官之间的潜在差异。研究发现，肝脏FFAR4在维持系统性代谢稳态中占据主导地位，并通过调控核受体亚家族1H组成员3（nuclear receptor subfamily 1 group H member 3，Nr1h3）和PPARγ通路负向调控代谢紊乱。此外，作者鉴定出来源于传统中药补骨脂的非羧酸化合物补骨脂查尔酮，具有恢复葡萄糖耐量和减轻代谢功能障碍的治疗潜力。整体而言，这些发现为肝脏FFAR4信号提供了机制认识，并提示其可能成为代谢性疾病靶向治疗的有前景策略。
02
重要发现及亮点
肝脏FFAR4表达降低与MAFLD进展相关
为探究肝脏FFAR4在代谢功能障碍中是否存在差异表达，作者首先在两种经典代谢综合征模型中检测FFAR4表达，包括HFD诱导肥胖模型和db/db小鼠模型。结果显示，在这两种模型中，肝脏FFAR4表达均显著降低。同时，FFAR4水平与肝损伤关键指标ALT、AST，以及血脂异常相关参数TG、TC和LDL-C呈负相关。进一步，作者基于公开全基因组关联研究（genome-wide association studies，GWAS）汇总数据开展双样本孟德尔随机化（Mendelian randomization，MR）分析。MR-Egger和逆方差加权法（inverse-variance weighted，IVW）均一致提示，遗传预测的FFAR4表达降低与MAFLD风险升高相关。这些结果提示，肝脏FFAR4可能是系统性代谢稳态中的保护性调控因子。
图1：肝脏FFAR4降低与MAFLD进展相关。a、b 正常 chow 饮食或高脂饮食（HFD）维持16周的C57BL/6J小鼠，以及db/m和db/db小鼠肝脏FFAR4 mRNA和蛋白表达（n = 4）。mRNA水平通过qPCR定量，并以β-actin归一化（a）；蛋白表达通过免疫印迹检测，β-actin作为上样对照（b）（n = 4）。c、d 在饮食性（c）和遗传性（d）代谢综合征模型中，分析肝脏FFAR4 mRNA水平与代谢参数（TG、TC、ALT、AST、LDL）的相关性（n = 8）。e 用于评估FFAR4表达与MAFLD风险之间因果关系的孟德尔随机化（MR）框架示意图。图由BioRender创建。Kong, Y. (2026) https://BioRender.com/w19a426。f MR分析中FFAR4表达的SNP效应估计值与MAFLD相关性的散点图。回归斜率反映各方法的因果估计。g 森林图显示单个单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）对MAFLD风险的影响。合并估计值（红线）来源于随机效应IVW分析。加粗并高亮部分表示与肥胖相关的关键SNP。数据以均值 ± SEM表示。显著性采用非配对双尾Student’s t检验确定（a、b）。连续变量之间计算Pearson相关系数（c、d）。源数据作为Source Data文件提供。
肝细胞特异性FFAR4缺失加重HFD诱导的代谢功能障碍
为明确FFAR4在代谢调控中的组织特异性作用，作者构建了分别靶向脂肪组织、肝脏和肌肉组织的条件性敲除小鼠模型，这些组织均是系统性脂质稳态的重要器官。在这些模型中，只有肝细胞特异性FFAR4敲除小鼠（FFAR4LKO）在HFD条件下表现出最明显的代谢扰动。脂肪组织特异性FFAR4敲除小鼠（FFAR4AKO）和肌肉特异性FFAR4敲除小鼠（FFAR4MKO）在正常chow饮食或HFD条件下，相比对照组均未表现出显著表型改变。
与FFAR4flox/flox对照小鼠相比，FFAR4LKO小鼠体重、肝脏重量以及脂肪组织沉积均增加，包括白色脂肪组织（white adipose tissue，WAT）、腹股沟白色脂肪组织（inguinal WAT，iWAT）和棕色脂肪组织（brown adipose tissue，BAT）。FFAR4LKO-HFD小鼠肝脂肪变明显加重，表现为肝脏TG和TC含量升高，肝脏ALT和AST水平增加，Oil Red O染色脂滴积累增强，并出现组织病理学脂肪变表现。值得注意的是，葡萄糖耐量试验（glucose tolerance test，GTT）和胰岛素耐量试验（insulin tolerance test，ITT）显示，肝细胞特异性FFAR4消除并未显著影响系统性胰岛素敏感性。正常chow饮食条件下，两种基因型之间未观察到显著表型差异。总体而言，这些结果确认FFAR4在抵抗饮食诱导代谢功能障碍中具有关键且肝脏特异性的保护作用。
图2：肝细胞特异性FFAR4缺失加重HFD诱导的代谢功能障碍。a 构建肝细胞特异性FFAR4敲除小鼠（Alb-cre；FFAR4Loxp/Loxp，简称FFAR4LKO）及同窝对照小鼠（不携带Alb-cre的FFAR4Loxp/Loxp，简称FFAR4flox/flox）的策略。b 左：代表性基因分型PCR。野生型（WT）等位基因产生234 bp（FFAR4）和351 bp（Cre）条带；floxed等位基因产生273 bp（FFAR4）和390 bp（Cre）产物。中：FFAR4flox/flox和FFAR4LKO小鼠肝脏FFAR4 mRNA水平，经qPCR检测并以β-actin归一化（n = 3）。右：FFAR4flox/flox和FFAR4LKO小鼠肝脏FFAR4蛋白水平，经Western blot分析检测，β-actin作为上样对照（n = 3）。c 实验设计示意图。FFAR4flox/flox和FFAR4LKO小鼠给予HFD（60 kcal%）16周。图由BioRender创建。Kong, Y. (2026) https://BioRender.com/w19a426。d-h 代谢表型：体重（d）、终末肝重（e）、附睾白色脂肪组织（eWAT）（f）、腹股沟WAT（iWAT）（g）和棕色脂肪组织（BAT）重量（h）（n = 5）。i、j 代谢评估：葡萄糖耐量试验（GTT）（i）和胰岛素耐量试验（ITT）（j）及其相应AUC值（n = 5）。k 肝脏脂质谱：甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）、丙氨酸氨基转移酶（ALT）和天冬氨酸氨基转移酶（AST）水平（n = 5）。l 组织病理学分析：肝脏大体图、肝脏Oil Red O和H&E染色代表性图像（比例尺，50 μm）。数据以均值 ± SEM表示。统计学显著性采用非配对双尾Student’s t检验确定。源数据作为Source Data文件提供。
肝脏FFAR4过表达抵抗HFD诱导的代谢紊乱
为进一步验证肝脏FFAR4在代谢稳态中的作用，作者建立了肝细胞特异性FFAR4过表达小鼠模型（FFAR4LOE）。在HFD挑战下，FFAR4LOE小鼠对代谢功能障碍表现出显著保护作用，包括体重、肝脏重量和脂肪组织质量下降，葡萄糖耐量和胰岛素敏感性改善，血脂异常减轻，肝脂肪变和脂滴积累减少。在正常chow饮食条件下，FFAR4LOE小鼠与对照小鼠相比，多数代谢参数无显著差异，仅表现为肝重降低和葡萄糖代谢轻度改善。上述结果说明，肝脏特异性FFAR4过表达能够增强机体对饮食诱导代谢紊乱的抵抗能力。
图3：肝脏FFAR4过表达保护小鼠抵抗HFD诱导的代谢紊乱。a 通过Cre介导Hipp11位点敲入等位基因中STOP盒切除，构建肝细胞特异性FFAR4过表达小鼠（FFAR4LOE）的策略。b 左图显示代表性基因分型PCR。野生型（WT）等位基因产生412 bp（FFAR4-cag）和351 bp（Cre）片段；纯合cag/cag等位基因产生1051 bp（FFAR4-cag）和390 bp（Cre）扩增产物。中图显示对照和FFAR4LOE小鼠肝脏FFAR4 mRNA水平，经qPCR检测并以β-actin归一化（n = 3）。右图显示对照和FFAR4LOE小鼠肝脏FFAR4蛋白水平，经Western blot分析检测，β-actin作为上样对照（n = 3）。c 实验设计示意图。FFAR4LOE小鼠及同窝对照小鼠给予HFD（60 kcal%）16周。图由BioRender创建。Kong, Y. (2026) https://BioRender.com/w19a426。d-h 代谢参数：体重（d）、肝重（e）、eWAT重量（f）、iWAT重量（g）和BAT重量（h）（n = 5）。i、j 代谢评估：GTT（i）和ITT（j）及其相应AUC值（n = 5）。k 肝脏TG、TC、ALT和AST水平（n = 5）。l 组织病理学分析：肝脏大体图、肝脏Oil Red O和H&E染色代表性图像（比例尺，50 μm）。数据以均值 ± SEM表示。统计学显著性采用非配对双尾Student’s t检验确定。源数据作为Source Data文件提供。
肝脏FFAR4缺失激活PPAR信号并促进Nr1h3表达
肝细胞约占肝脏质量的80%，并主导超过90%的肝脂生成调控；同时，DISCO数据库单细胞RNA-seq分析显示，FFAR4主要定位于肝细胞，在Kupffer细胞中检出很少。这些结果强调，有必要在肝细胞层面研究FFAR4的功能和调控机制。为阐明肝脏FFAR4调控脂质代谢的分子机制，作者使用AML12和BNL CL.2两种经典肝脂肪变细胞模型。FFAR4敲低显著加重两种细胞中的TG积累和脂滴形成。
RNA测序显示，FFAR4缺失细胞中出现大量差异表达基因。AML12细胞中有709个上调基因和743个下调基因，BNL CL.2细胞中有240个上调基因和412个下调基因。两种细胞模型的上调基因中共有53个重叠。KEGG通路分析显示，这些基因显著富集于PPAR信号通路，核心调节因子包括Dbi、Cp1ta、Nr1h3和Plin4。qPCR验证证实了RNA-seq结果，其中Nr1h3上调尤其显著。进一步qPCR和免疫印迹分析显示，在体外肝脂肪变模型以及体内FFAR4LKO-HFD小鼠中，FFAR4缺失均显著增加Nr1h3表达；相反，肝脏FFAR4过表达小鼠中Nr1h3表达明显降低。这提示Nr1h3可能参与FFAR4介导的脂质代谢调控。
图4：肝细胞FFAR4缺失时PPAR通路和Nr1h3表达增强。a 通过qPCR和Western blot验证AML12细胞中FFAR4 siRNA敲低效率（n = 3）。b 细胞转染siRNA后24 h，使用棕榈酸/油酸（palmitic acid/oleic acid，PA/OA）处理48 h。siRNA转染AML12和BNL CL.2细胞中的细胞TG含量（n = 3）。c AML12和BNL CL.2细胞中脂滴积累的Oil Red O染色（比例尺：250 μm）。d 火山图显示FFAR4沉默后的差异表达基因。红色和蓝色点分别表示上调和下调基因。e FFAR4敲低后AML12和BNL CL.2细胞共有上调基因的Venn图。f 两种细胞系共有上调基因（红色）的KEGG通路富集分析。富集P值采用单侧Fisher精确检验并经Benjamini-Hochberg校正评估（校正P < 0.05被认为具有显著性）。g 上调PPAR信号通路基因热图。h、i 转染FFAR4 siRNA或对照siRNA的AML12（h）和BNL CL.2（i）细胞中Nr1h3蛋白表达（n = 3）。j、k HFD条件下FFAR4LKO（j）和FFAR4LOE（k）小鼠肝组织中Nr1h3表达。β-actin作为上样对照（n = 4只小鼠）。数据以均值 ± SEM表示。统计学显著性采用单因素方差分析并进行Tukey多重比较检验（a），或采用非配对双尾Student’s t检验（b、h、i、j、k）。源数据作为Source Data文件提供。
抑制Nr1h3可逆转FFAR4缺失导致的代谢功能障碍
为确定Nr1h3是否是FFAR4缺失加速代谢紊乱的关键靶点，作者对HFD喂养的FFAR4LKO和FFAR4flox/flox小鼠连续4周灌胃给予选择性Nr1h3抑制剂GSK2033。Nr1h3药理学抑制显著减轻FFAR4LKO小鼠的代谢扰动，表现为体重、肝重和脂肪组织质量降低，肝脏脂质谱（TC、TG）和肝功能指标（ALT、AST）改善，葡萄糖耐量和胰岛素敏感性恢复。GSK2033处理还改善肝脂肪变和脂质沉积。与体内结果一致，GSK2033拮抗Nr1h3可逆转FFAR4敲低肝细胞中的脂质积累。此外，siRNA介导的Nr1h3敲低同样能够有效挽救FFAR4缺失肝细胞的脂生成表型，降低TG含量和脂滴形成。这些结果共同表明，肝脏FFAR4通过负向调控Nr1h3维持代谢稳态。
图5：Nr1h3药理学抑制改善FFAR4缺失小鼠的代谢功能障碍。a HFD喂养小鼠中GSK2033给药示意图。HFD条件下FFAR4LKO和FFAR4flox/flox小鼠每日给予GSK2033（10 mg/kg）或溶剂处理4周（n = 5）。图由BioRender创建。Kong, Y. (2026) https://BioRender.com/w19a426。b-f 代谢参数：体重（b）、肝重（c）、eWAT质量（d）、iWAT质量（e）和BAT质量（f）（n = 5）。g、h 代谢评估：GTT（g）和ITT（h）及其相应AUC值（n = 5）。i 肝脏TG、TC、ALT和AST水平（n = 5）。j 肝脏Oil Red O和H&E染色代表性图像（比例尺，50 μm）。数据以均值 ± SEM表示。采用单因素方差分析并进行Tukey多重比较检验。源数据作为Source Data文件提供。
FFAR4通过抑制Nr1h3-PPARγ轴限制肝脂生成
既往研究显示，FFAR4激活可增强PPARγ活性，并且FFAR4与PPARγ联合激动可在肥胖模型中协同改善葡萄糖耐量和胰岛素敏感性。已有机制研究表明，Nr1h3可与PPARγ亚型形成具有功能的异源二聚体复合物，共同调控脂质稳态相关转录程序。为判断肝脏FFAR4是否依赖Nr1h3-PPARγ轴调控脂质代谢，作者检测了FFAR4LKO小鼠肝脏中的关键脂生成调节因子。结果显示，与FFAR4flox/flox对照相比，FFAR4LKO小鼠PPARγ、固醇调节元件结合蛋白1（sterol regulatory element-binding protein 1，SREBP1）和脂肪酸合成酶（fatty acid synthase，FASN）表达显著升高；相反，肝脏FFAR4过表达抑制这些蛋白。肝细胞FFAR4敲低也上调这些脂生成因子。
Nr1h3药理学抑制或siRNA敲低可减弱该脂生成程序，显著降低PPARγ、SREBP1和FASN水平。免疫荧光和免疫共沉淀实验进一步显示，FFAR4缺失增强Nr1h3与PPARγ之间的相互作用。为进一步验证FFAR4缺失通过增强Nr1h3-PPARγ相互作用促进脂生成，作者分别使用PPARγ抑制剂GW9662、Nr1h3抑制剂GSK2033或二者联合处理FFAR4沉默的肝细胞。单独或联合抑制均显著减弱脂质积累并下调关键脂生成蛋白；但联合处理未出现叠加或协同效应，进一步支持Nr1h3和PPARγ处于同一汇聚通路，共同驱动FFAR4缺失后的肝脂肪变。
图6：FFAR4通过抑制Nr1h3-PPARγ轴限制肝脂生成。a HFD喂养FFAR4LKO和FFAR4flox/flox小鼠肝脏中PPARγ、SREBP1和FASN蛋白水平，β-actin作为上样对照（n = 4）。b HFD条件下，有或无GSK2033给药的FFAR4LKO和FFAR4flox/flox小鼠肝脏中PPARγ、Nr1h3、SREBP1和FASN表达（n = 3）。β-actin作为上样对照。c、d 免疫荧光分析HFD喂养FFAR4LKO和FFAR4flox/flox小鼠肝脏中PPARγ（红色）与Nr1h3（绿色）共定位（比例尺，5 μm，c），以及转染对照或FFAR4 siRNA并经PA/OA处理的AML12细胞中PPARγ与Nr1h3共定位（比例尺，20 μm，d）。细胞核采用Hoechst染色（蓝色）。图像由共聚焦显微镜采集。e 使用特异性抗体对AML12细胞裂解液中PPARγ和Nr1h3进行免疫共沉淀的代表性免疫印迹图像（三次独立实验获得相似结果的代表）。f、g AML12细胞转染对照或FFAR4 siRNA后，在PA/OA存在下给予GSK2033（Nr1h3抑制剂）、GW9662（PPARγ抑制剂）或二者联合处理48 h。细胞TG水平（f）。PPARγ、Nr1h3、SREBP1和FASN蛋白水平（g）。数据以均值 ± SEM表示。显著性采用非配对双尾Student’s t检验（a）或单因素方差分析并进行Tukey多重比较检验（b、f）评估。源数据作为Source Data文件提供。
补骨脂查尔酮通过激活FFAR4-Gαq信号抑制肝脂生成
目前FFAR4激动剂开发主要依赖含羧酸结构的脂肪酸类似物，这限制了化学多样性和药理调控精度。因此，亟需探索结构不同的新化学类型，以实现更精准的靶向和功能选择性。天然产物具有丰富且经进化优化的化学空间，是发现新型先导骨架的重要来源。为寻找靶向肝脏FFAR4的代谢疾病治疗候选物，作者采用动态质量重分布（dynamic mass redistribution，DMR）实验筛选145种天然化合物，并进一步在体外验证其抑制TG积累的能力。
基于DMR信号相似性的热图分析发现6个候选化合物，包括C54（补骨脂查尔酮，bavachalcone）、C98（oleanonic acid）、C92（hederagenin）、C132（emodin）、C96（corosolic acid）和C76（punicalagin）。其中，补骨脂查尔酮诱导的实时DMR信号模式与FFAR4激动剂探针TUG891最相似，并可完全去敏TUG891诱导的DMR信号，提示其可能是FFAR4激动剂。浓度依赖性DMR实验显示，补骨脂查尔酮以浓度依赖方式诱导DMR信号，pEC50 ± SEM为6.01 ± 0.03；其DMR信号可被FFAR4拮抗剂AH-7614完全抑制，pIC50 ± SEM为7.19 ± 0.06。FLIPR实验进一步证实，补骨脂查尔酮可诱导浓度依赖性Ca²⁺动员，该Ca²⁺信号也可被AH-7614阻断。受体选择性实验显示，补骨脂查尔酮对FFAR1、FFAR2或FFAR3无活性。因此，补骨脂查尔酮是一种与TUG891骨架不同的选择性FFAR4激动剂。
进一步，补骨脂查尔酮显著抑制AML12和BNL CL.2肝细胞内TG积累，减少脂滴沉积，并伴随Nr1h3-PPARγ通路下调。由于FFAR4具有配体导向信号偏倚，不同激动剂可能优先激活不同胞内通路。G蛋白解离实验显示，补骨脂查尔酮优先激活Gαq和Gαs信号，而TUG891优先激活Gαq和Gαi信号。机制研究显示，药理学抑制Gαq可明显削弱补骨脂查尔酮的抗脂生成作用，而阻断Gαs影响较小。与药理学结果一致，siRNA介导的Gαq沉默，而不是Gαs或β-arrestins沉默，会削弱该化合物降低脂质的作用。只有Gαq失活能够消除补骨脂查尔酮对Nr1h3-PPARγ通路和脂生成效应因子的抑制。这些结果表明，补骨脂查尔酮通过激活FFAR4-Gαq发挥降脂作用，并为理解FFAR4可成药分子图谱提供了工具。
图7：FFAR4激动剂补骨脂查尔酮通过Gαq信号减轻脂质积累。a 用于鉴定FFAR4激动剂的筛选平台流程示意图。图由BioRender创建。Kong, Y. (2026) https://BioRender.com/w19a426。b 基于CHO-K1-FFAR4细胞中DMR谱相似性的145种化合物无标记细胞表型热图。该热图通过分析化合物诱导的DMR信号与细胞经化合物预处理后FFAR4探针TUG891诱导DMR信号之间的相似性获得。每个DMR谱采用5、7、12、20和60 min时的实际振幅并进行颜色映射（红色，正振幅；黑色，零；绿色，负振幅）。化合物和探针TUG891的检测浓度分别为40 μM和2 μM。c 不同浓度补骨脂查尔酮在CHO-K1-FFAR4细胞中的实时DMR响应（n = 3）。d 补骨脂查尔酮和TUG891的浓度依赖性DMR响应（n = 3）。e 经不同浓度FFAR4拮抗剂AH-7614预处理后，CHO-K1-FFAR4细胞中补骨脂查尔酮和TUG891的浓度依赖性DMR响应（n = 3）。f-h 在相应受体表达细胞中，补骨脂查尔酮以及激动剂探针TAK875（FFAR1，f）、4-CMTB（FFAR2，g）和AR420626（FFAR3，h）的浓度依赖性DMR响应（n = 3）。i-k 通过Gɑq-Gγ（i）、Gɑi-Gγ（j）和Gɑs-Gγ（k）解离实验测量FFAR4对补骨脂查尔酮和参考激动剂TUG891的浓度依赖性响应曲线（n = 3）。l、m AML12细胞使用补骨脂查尔酮（10 μM）联合霍乱毒素（Gαs抑制剂，100 ng/mL）或YM-254890（Gαq抑制剂，300 nM）（l）处理，或进行siRNA敲低（m）48 h后的细胞TG水平（n = 3）。n、o PA/OA处理AML12细胞中，在补骨脂查尔酮（10 μM）与YM-254890（Gαq抑制剂，300 nM）（n）或Gαq siRNA敲低（o）条件下，PPARγ、SREBP1、FASN和Nr1h3蛋白水平。β-actin作为上样对照（n = 3）。数据以均值 ± SEM表示。显著性采用单因素方差分析并进行Tukey多重比较检验评估（l、m）。源数据作为Source Data文件提供。
补骨脂查尔酮识别并激活FFAR4的结构基础
为阐明补骨脂查尔酮介导FFAR4激活的结构基础，作者解析了补骨脂查尔酮结合的FFAR4-Gαiq复合物冷冻电镜结构，分辨率为2.99 Å。在补骨脂查尔酮存在下，FFAR4与异源三聚体G蛋白形成稳定复合物，即补骨脂查尔酮-FFAR4-Gαiq-Gβ1-Gγ2。Gαiq是一种工程化嵌合体，其中Gαi1 α5螺旋（αH5）第329–354位残基被相应Gαq片段替换，该构建此前已用于解析Gαq偶联FFAR4结构。
补骨脂查尔酮在FFAR4正构结合口袋中呈L形构象，其4-羟基苯基、烯酮桥和3-异戊烯基间苯二酚结构依次向结合口袋底部延伸，并几乎完全通过疏水接触参与结合。此外，酚羟基与E2045.35和D2085.39之间形成的氢键网络可锁定配体取向。将补骨脂查尔酮结合状态的FFAR4与非活性FFAR4模型比较后发现，补骨脂查尔酮结合可启动一系列与受体激活相关的构象变化：细胞外侧构象变化较小，而TM6胞质端显著外移，TM7胞质端内移，这是A类GPCR激活的典型特征。W2776.48、PIF基序和DRY基序发生构象重排，R1363.50侧链位移破坏其与非活性FFAR4中D2596.30的静电相互作用，并与F2736.44侧链旋转共同导致TM6胞质端最多外移约10 Å。与此同时，R1363.50侧链上移牵引NPxxY基序中的Y3217.53向TM3移动，使TM7胞质端内移约2.5 Å，从而形成G蛋白结合所需的胞质腔。
与已知FFAR4激动剂TUG891相比，补骨脂查尔酮-FFAR4-Gαiq复合物整体结构与TUG891-FFAR4-Gαiq复合物高度相似，但二者在配体结合姿势和受体构象上存在差异。补骨脂查尔酮的烯酮桥较TUG891对应基团向FFAR4的TM3方向偏移约2.3 Å。为避免空间位阻，补骨脂查尔酮结合结构中的F1153.29相对于TUG891结合结构中的位置发生1.6 Å位移。此外，TM5和TM6胞外端向配体结合口袋移动，伴随TM5和TM6胞内端向G蛋白结合口袋分别移动1.1 Å和2.5 Å。补骨脂查尔酮结合状态下，R2405.71与Q144ICL2形成氢键，更有效稳定TM3胞质端及TM3-TM4环。上述结构信息从原子水平定义了补骨脂查尔酮结合、受体激活和G蛋白结合机制，为设计FFAR4激动剂提供基础。
图8：补骨脂查尔酮识别和FFAR4激活的结构基础。a 补骨脂查尔酮结合FFAR4并与Gαiq、Gβ1和Gγ2形成复合物的冷冻电镜密度图（左图）和结构模型（右图）。补骨脂查尔酮显示为蓝色，FFAR4显示为紫色，Gαiq显示为鲑红色，Gβ1显示为绿色，Gγ2显示为黄色。中图显示补骨脂查尔酮的密度。b FFAR4表面表示图，以横截面形式显示，并按疏水性着色，展示配体结合口袋。c 补骨脂查尔酮与FFAR4残基之间的分子相互作用。氢键以黑色虚线表示。d、e 活性Bav-FFAR4复合物（紫色）与AlphaFold预测的非活性结构（AF-FFAR4，灰色）叠合。从细胞外侧（d）和细胞内侧（e）观察。f-i 活性（紫色）和非活性（灰色）FFAR4之间关键激活基序的构象变化。j FFAR4与Gαiq之间的相互作用。氢键以黑色虚线表示。
体内药理学验证补骨脂查尔酮依赖FFAR4-Nr1h3通路改善肝脂肪变
为系统评估FFAR4激动剂补骨脂查尔酮的治疗潜力，作者首先在两种经典代谢功能障碍模型中检测其疗效。在HFD诱导模型中，补骨脂查尔酮处理，尤其是10 mg/kg剂量，可剂量依赖性降低体重和肝脏重量，降低肝脏脂质谱指标TC和TG，并改善肝功能指标ALT和AST。组织学结果也显示，补骨脂查尔酮可改善肝脂肪变并减少脂质沉积。此外，补骨脂查尔酮给药显著改善葡萄糖耐量和胰岛素敏感性。在蛋氨酸-胆碱缺乏饮食（methionine-choline-deficient diet，MCD）喂养小鼠中，补骨脂查尔酮同样显著降低肝脏脂质含量（TC、TG）并恢复肝功能（ALT、AST），组织学分析证实其明显减轻脂肪变、炎症和纤维化。免疫印迹定量显示，与对照组相比，补骨脂查尔酮明显降低Nr1h3、PPARγ、SREBP1和FASN蛋白表达，提示其通过FFAR4-Nr1h3通路发挥抑制作用。
由于FFAR4在肝细胞中表达，作者在AML12肝细胞系中进行基于FLIPR的实时钙动员实验。补骨脂查尔酮诱导浓度依赖性Ca²⁺内流，其信号模式与经典FFAR4激动剂TUG891相似；FFAR4 siRNA敲低或选择性拮抗剂AH-7614药理学抑制可消除Ca²⁺内流，并削弱补骨脂查尔酮的降脂作用。进一步，为明确补骨脂查尔酮体内靶向特异性，作者使用FFAR4LKO小鼠。结果显示，在FFAR4LKO-HFD模型中，补骨脂查尔酮无法缓解体重和肝脏质量增加，也无法改善持续存在的肝脏脂质积累、肝功能异常、葡萄糖稳态受损、胰岛素抵抗和肝脏脂质沉积。相比之下，在FFAR4flox/flox-HFD同窝小鼠中，补骨脂查尔酮表现出稳健的降脂作用，并显著抑制Nr1h3、PPARγ、SREBP1和FASN蛋白表达；而这些作用在FFAR4LKO-HFD小鼠中基本消失。综上，补骨脂查尔酮通过受体依赖性方式调控FFAR4-Nr1h3，从而缓解肝脂肪变。
图9：补骨脂查尔酮通过FFAR4依赖性调控Nr1h3-PPARγ信号轴改善饮食诱导的肝脂肪变。a 实验设计示意图：FFAR4flox/flox和FFAR4LKO小鼠给予HFD 16周，并在最后4周每日口服灌胃溶剂（0.5% CMC-Na）或补骨脂查尔酮（10 mg/kg）。图由BioRender创建。Kong, Y. (2026) https://BioRender.com/w19a426。b 体重。c 肝重。d 肝脏TG、TC、ALT和AST水平（n = 5）。e、f GTT（e）和ITT（f）试验，以曲线下面积（AUC）表示（n = 5）。g 代表性肝脏大体形态及相应Oil Red O和H&E染色（比例尺，50 μm）。h 肝脏PPARγ、SREBP1、FASN和Nr1h3蛋白表达的免疫印迹分析（n = 3）。β-actin作为上样对照。数据以均值 ± SEM表示。显著性采用单因素方差分析并进行Tukey多重比较检验评估。源数据作为Source Data文件提供。
【贡献】★★★★★
本研究明确指出，FFAR4是代谢疾病中的一个潜在治疗靶点，尤其强调肝脏FFAR4在代谢稳态中的核心作用。作者通过脂肪、肌肉和肝脏三种组织特异性FFAR4敲除模型发现，只有肝脏FFAR4缺失会显著改变代谢综合征进程，而骨骼肌或脂肪组织中FFAR4缺失影响较小。这说明肝脏是FFAR4调控代谢病理过程的关键作用部位，也为理解FFAR4激动策略提供了更清晰的组织特异性机制框架。
机制上，肝脏FFAR4缺失会促进Nr1h3（LXRα）与PPARγ异源二聚化，进而上调脂生成基因并导致代谢功能障碍。研究进一步将Nr1h3重新定义为PPARγ在非经典通路中的共同调节因子，提示核受体网络在肝脂质代谢调控中具有复杂性。不同FFAR4配体，如TUG891和补骨脂查尔酮，可诱导不同信号模式，并差异调控Nr1h3-PPARγ通路，这可能解释不同FFAR4激动剂常见的功能选择性。
本研究还从天然产物中鉴定出补骨脂查尔酮作为具有不同化学骨架的功能选择性FFAR4激动剂。与参考激动剂TUG891不同，补骨脂查尔酮可同时激活Gαq、Gαs和β-arrestin信号，但其通过FFAR4抑制Nr1h3-PPARγ脂生成轴主要依赖Gαq偶联，Gαs和β-arrestins贡献较小。冷冻电镜结构解析进一步揭示了补骨脂查尔酮结合FFAR4、诱导受体激活以及促进G蛋白结合的原子水平机制，为后续理性设计FFAR4靶向治疗药物提供结构基础。
不过，作者也指出，本研究仍存在一定局限。首先，研究完全基于临床前模型，尚不能直接外推至人类病理生理状态；在缺乏临床验证的情况下，目前仍不确定小鼠中观察到的FFAR4介导效应是否可转化至代谢功能障碍患者，尤其是携带特定FFAR4多态性的人群。其次，研究主要聚焦脂质代谢终点，尚未系统评估胰岛素敏感性或纤维化进展等其他相关生理后果，可能遗漏FFAR4调控的更广泛影响。第三，补骨脂查尔酮中亲电性C=C结构潜在的脱靶共价反应性尚未充分评估，该基序可能具有类似Michael受体的性质，与半胱氨酸、赖氨酸或谷胱甘肽等细胞亲核物发生反应，从而产生FFAR4非依赖效应。未来仍需通过谷胱甘肽或半胱氨酸捕获实验以及基于活性的蛋白质组分析明确其共价反应性和靶点选择性。最后，受当前实验条件和结构优化工作的限制，补骨脂查尔酮的关键药代动力学和药效学特征仍未阐明，这些问题将影响其临床转化，后续结构修饰和药理学表征研究仍十分必要。
总体而言，本研究确定肝脏FFAR4是代谢性疾病干预的重要靶点，并揭示了以Nr1h3-PPARγ通路为核心的作用机制。同时，研究鉴定出天然产物补骨脂查尔酮是一种具有独特信号特征的FFAR4激动剂，提示其在代谢性疾病靶向干预中具有进一步研究价值。
免责声明：本公众号尊重并倡导保护知识产权，本文所引述观点、言论、图片及其他信息仅供参考和资讯传播之目的，希望能给读者带来科研的灵感。文章素材来源于Nature communications官网原文编译，部分来源在线网站，如涉及版权，联系删除！
【中科院1区｜肝脏与胃肠病学TOP期刊】
【中科院1区｜Cell子刊】
【中科院1区｜材料学TOP期刊】
热门跟贴