Cell｜发现抗肥胖氧脂素受体Or5v1/Olfr110：12(S)-HEPE激活肝脏脂肪氧化，合成激动剂可改善肥胖与糖代谢！(孙金鹏/杨吉春/于晓/柴人杰)

2026年3月5日，山东大学孙金鹏、于晓团队，北京大学杨吉春团队，东南大学柴人杰团队等，在Cell发表题为“Identification of Or5v1/Olfr110 as an oxylipin receptor and anti-obesity target”的研究论文。该研究聚焦氧脂素（oxylipins）信号、嗅觉受体（olfactory receptors，ORs）和肥胖代谢调控之间此前未被充分认识的联系。

研究团队开发了一种名为ARIG的“反向G蛋白pull-down匿名受体鉴定”方法，发现孤儿嗅觉受体Or5v1/Olfr110是ω-3脂肪酸来源氧脂素12(S)-羟基二十碳五烯酸[12(S)-hydroxyeicosapentaenoic acid，12(S)-HEPE]的高亲和力受体。临床样本分析显示，BMI升高人群血浆12(S)-HEPE水平下降，血浆脂质组分激活Or5v1/Olfr110的能力也降低。小鼠实验进一步证明，全身性或肝脏特异性Olfr110缺失会加重体重增加、葡萄糖稳态紊乱、胰岛素抵抗和肝脏脂肪变；而12(S)-HEPE可通过Olfr110-Gs-PKA-pATF2-Cpt1α信号促进肝脏脂肪酸氧化，从而改善代谢表型。

更进一步，研究团队基于Or5v1/Olfr110结构信息设计出合成激动剂HOR1-C59。该小分子可选择性激活Or5v1/Olfr110，在高脂饮食小鼠中降低体重增加、提高能量消耗、改善葡萄糖耐量和胰岛素耐量，并减少肝脏脂肪变；这些效应依赖Or5v1/Olfr110表达。该研究提示，靶向非鼻腔组织中表达的嗅觉受体，可能为肥胖、糖尿病和脂肪肝等代谢疾病提供新的药物发现方向。需要强调的是，HOR1-C59目前仍为实验性小分子，其作用证据主要来自细胞实验和小鼠模型，不能直接等同于人体临床疗效。

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【摘 要】

氧脂素是维持生命活动的重要代谢信号分子，而嗅觉受体（olfactory receptors，ORs）通常被认为对气味分子亲和力较低，并不被视为氧脂素受体。本研究开发了“反向G蛋白pull-down匿名受体鉴定”（anonymous receptor identification by reverse-G-protein pull-down，ARIG）方法，并鉴定出孤儿嗅觉受体Or5v1/Olfr110是氧脂素12(S)-羟基二十碳五烯酸[12(S)-hydroxyeicosapentaenoic acid，12(S)-HEPE]的受体。

来自BMI升高肥胖患者的血清，相较正常人群，对Or5v1/Olfr110-Gs信号的激活能力更低。全身性Or5v1/Olfr110缺失或肝脏特异性Or5v1/Olfr110缺失，均会损害葡萄糖稳态，即使给予12(S)-HEPE刺激后也难以恢复。12(S)-HEPE与Olfr110结合后，可激活Gs-PKA-pATF2-Cpt1α信号通路，通过促进肝脏脂肪酸氧化减少肥胖。基于结构辅助设计获得的合成激动剂HOR1-C59可改善葡萄糖稳态，而这一作用依赖Or5v1/Olfr110表达。

总体而言，本研究揭示了一种高亲和力感知氧脂素的嗅觉受体在代谢调控中的关键作用。HOR1-C59所表现出的有益作用，也强调了靶向嗅觉受体的小分子合成化合物在疾病干预中的潜在价值。

01

研究背景及科学问题

脂质不仅构成细胞膜屏障，用于分隔细胞器或细胞之间的边界，同时也是活跃的信号分子。随着脂质信号研究的发展，以及鞘氨醇-1-磷酸受体（sphingosine-1-phosphate receptors，S1PRs）等脂质感知受体被成功靶向，芬戈莫德和西尼莫德等用于多发性硬化治疗的临床药物得以开发。

多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）是脂质的重要类别之一，例如ω-3鱼油中的脂肪酸，已知可激活部分G蛋白偶联受体（G-protein-coupled receptors，GPCRs）。PUFAs可被环氧合酶或脂氧合酶氧化生成氧脂素，这些氧脂素在代谢、心血管功能、免疫和肿瘤发生中发挥重要调节作用。然而，目前已知的氧脂素GPCR数量有限，大多数氧脂素的特异性感知受体仍不清楚。

已有研究显示，12(S)-HEPE可由鱼油成分二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）经12-脂氧合酶（12-lipoxygenase，12-LOX）氧化产生，并可改善代谢状态。但12(S)-HEPE具体通过哪一种GPCR发挥有益代谢作用，此前仍未明确。

目前在人类基因组中已知的氧化脂质或脂肪酸感知GPCR主要属于A类GPCR，包括前列腺素受体、嘌呤能受体P2Y相关家族、趋化因子受体以及其他若干A类受体。近年来研究提示，嗅觉受体家族除感知气味分子、介导嗅觉外，某些成员还可被肽类和激素蛋白激活，并在非鼻腔组织中介导特定生理过程。然而，能够以高亲和力感知脂质并调控重要代谢过程的嗅觉受体，此前尚未被报道。

本研究报道，孤儿嗅觉受体Or5v1/Olfr110，即嗅觉受体家族5亚家族V成员1/嗅觉受体110，是ω-3来源氧脂素12(S)-HEPE的高亲和力受体。研究团队通过开发反向G蛋白pull-down方法证明，12(S)-HEPE可激活Or5v1/Olfr110并启动Gs-PKA信号，进一步通过激活转录因子2（activating transcription factor 2，ATF2）-肉碱棕榈酰转移酶1α（carnitine palmitoyltransferase 1 alpha，Cpt1α）轴增强肝脏脂肪酸氧化。全身性Olfr110删除会损害小鼠葡萄糖稳态，肝脏特异性缺失也可重现代谢缺陷。相反，靶向Or5v1/Olfr110的合成激动剂HOR1-C59可减轻肥胖和胰岛素抵抗。上述发现揭示了非鼻腔嗅觉受体在代谢调控中的意外作用，并提示其具有潜在治疗价值。

02

重要发现及亮点

12(S)-HEPE被鉴定为Olfr110/OR5V1的内源性激动剂

既往研究提示，血清和组织中12(S)-HEPE浓度可受到外源供给或行为改变的调节。本研究也发现，在运动模型和鱼油饮食模型中，12(S)-HEPE水平升高与葡萄糖代谢改善相关。此外，已有研究提示，一种未知的Gs偶联GPCR可在棕色脂肪组织中感知12(S)-HEPE并促进葡萄糖转运。为了鉴定这一未知受体，研究团队设计了ARIG方法。

ARIG的核心思路是：向组织样本中外源加入体外纯化并带有亲和标签的G蛋白亚基，在配体存在下重建“激动剂-未知受体-G蛋白”复合物，再通过免疫沉淀和质谱鉴定未知受体。研究团队分离原代肝实质细胞质膜组分，并在100 nM 12(S)-HEPE存在下加入FLAG-Gαs和Gβ1-Gγ2，形成受体-G蛋白复合物。随后通过免疫沉淀和质谱分析，最终在纯化复合物中鉴定出包括嗅觉受体OLFR110在内的8种蛋白。

进一步筛选显示，12(S)-HEPE可在过表达Or5v1/Olfr110、序列高度相似的Or5v1b/Olfr111以及人源同源受体OR5V1的HEK293细胞中激活Gs信号，但不能激活其他候选蛋白或同时在肝脏和棕色脂肪组织表达最高的10种嗅觉受体。

研究还发现，普通饲料小鼠血清、肝脏和棕色脂肪组织裂解物对Or5v1/Olfr110的激活能力，高于高脂饮食小鼠相应样本。液相色谱-质谱检测显示，普通饲料条件下，12(S)-HEPE在血清、肝脏和棕色脂肪组织中的水平分别为192 ± 35 nM、3.2 ± 0.5 pg/mg和10.9 ± 2.2 pg/mg；而高脂饮食条件下分别下降至119 ± 35 nM、2.1 ± 0.4 pg/mg和2.6 ± 0.6 pg/mg。进一步在人群样本中，研究收集了71名不同BMI个体的血清，发现血浆12(S)-HEPE水平与BMI呈负相关。与正常体重人群相比，超重、肥胖和极度肥胖人群血浆脂质组分激活Or5v1/Olfr110的能力更低。

值得注意的是，12(S)-HEPE激活Or5v1/Olfr110的半数有效浓度（EC50）约为16.0 ± 1.1 nM，处于小鼠和人体生理条件下12(S)-HEPE浓度范围内。这些结果共同支持：12(S)-HEPE是Or5v1/Olfr110的内源性激动剂，而12(S)-HEPE-Olfr110信号在肥胖发展过程中下调。

图1：血浆12(S)-HEPE水平因鱼油饮食或运动而升高，并能够激活Or5v1/Olfr110。（A）示意图显示，在高脂饮食（high-fat diet，HFD）小鼠中，鱼油饮食或运动可减少体重增加、改善胰岛素敏感性，并提高血浆12(S)-HEPE水平。（B）ARIG方法示意图。（C）银染结果显示ARIG实验结果。（D）通过反向G蛋白pull-down（ARIG）在激动剂-未知受体-G蛋白复合物中鉴定到Or5v1/Olfr110（氨基酸279–290）的质谱图。（E）火山图显示从高脂饮食并含高剂量鱼油（high-dose fish oil，HFO，15%）喂养14周小鼠，或不含鱼油高脂饮食小鼠血浆中提取的氧化脂质水平（n=3只小鼠）。（F）在过表达嗅觉受体和G蛋白解离生物传感器的HEK293细胞中，检测12(S)-HEPE刺激后Gαs-Gβγ解离的效价和效能。热图分别根据EC50负对数（pEC50值，左）和最大反应（Emax，右）着色。ND表示未检测到信号。数据为3次独立实验的均值（n=3）。（G）过表达Or5v1/Olfr110的HEK293细胞对正常饲料（normal chow diet，NCD）或高脂饮食喂养12周小鼠来源血浆浓缩物的剂量反应曲线。数据来自3次独立实验（n=3）。（H）在小鼠血浆中鉴定12(S)-HEPE的质谱图。（I）质谱检测正常饲料或高脂饮食喂养12周小鼠血浆中12(S)-HEPE浓度（n=10只小鼠）。（J）通过Gαs-Gβγ解离实验检测70 nM 12(S)-HEPE对Or5v1/Olfr110激活的影响。数据来自3次独立实验（n=3）。（K和L）示意图显示不同BMI个体血浆12(S)-HEPE水平定量分析，以及利用这些个体血浆检测Or5v1/Olfr110激活的实验设计。（M）散点图显示血浆12(S)-HEPE水平与BMI之间的相关性。（N）通过Gαs-Gβγ解离实验检测正常体重（n=19）、超重（n=20）、肥胖（n=20）和极度肥胖（n=12）个体血浆脂质组分对Or5v1/Olfr110的激活作用。（I）***p<0.001，表示高脂饮食小鼠与正常饲料小鼠相比血浆12(S)-HEPE浓度的差异；（J）***p<0.001，表示70 nM 12(S)-HEPE相较Vehicle对Or5v1/Olfr110激活的影响；（N）***p<0.001，表示过表达Or5v1/Olfr110的HEK293细胞经超重、肥胖和极度肥胖个体血浆处理后，与正常人群血浆处理相比的差异。柱状图表示均值±SEM。数据采用双侧非配对Student t检验（I和J）或单因素方差分析并进行Tukey检验（N）。另见图S1。

Or5v1/Olfr110缺失会破坏葡萄糖稳态并加重肥胖相关代谢损伤

为评估Or5v1/Olfr110在正常状态及高脂饮食模型中的作用，研究团队构建了全身性Olfr110缺失小鼠。与野生型同窝小鼠相比，无论在普通饲料还是高脂饮食条件下，Olfr110缺失小鼠体重增加均更明显。

间接热量测定显示，在14周龄时，无论普通饲料还是高脂饮食背景下，Olfr110缺失小鼠能量消耗和呼吸商均低于野生型小鼠，而食物摄入量没有显著差异。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，Olfr110缺失小鼠存在葡萄糖代谢受损和胰岛素抵抗。尤其在高脂饮食背景下，Olfr110缺失小鼠空腹血糖和空腹胰岛素均升高，这可能解释其胰岛素抵抗加重。

丙酮酸耐量试验及糖异生关键基因检测进一步提示，Olfr110缺失小鼠糖异生增强，说明葡萄糖稳态受损。此外，Olfr110缺失小鼠肝脏脂肪变和附睾脂肪细胞面积均增加。整体来看，Or5v1/Olfr110对于维持葡萄糖稳态十分重要，而其缺失会加重高脂饮食诱导的代谢损害。

图2：Or5v1/Olfr110缺失会在肥胖模型中损害葡萄糖稳态。（A）普通饲料或高脂饮食喂养的同窝野生型（WT）和Olfr110−/−小鼠体重变化曲线（n=6）。（B）14周龄时，采用间接热量测定检测普通饲料或高脂饮食喂养WT和Olfr110−/−小鼠的能量消耗（n=6）。（C和D）14周龄时，普通饲料或高脂饮食喂养WT和Olfr110−/−小鼠能量消耗曲线下面积（AUC，C）和呼吸商数值计算结果（D）（n=6）。（E和G）普通饲料或高脂饮食喂养14周的WT或Olfr110−/−小鼠在GTT（E）和ITT（G）期间的血浆葡萄糖水平（n=6）。（F和H）GTT（F）和ITT（H）的AUC。（I）14周龄、普通饲料或高脂饮食喂养并禁食16小时后，Olfr110−/−小鼠血浆葡萄糖水平（n=6）。（J）14周龄、普通饲料或高脂饮食喂养并禁食16小时后，Olfr110−/−小鼠血浆胰岛素水平（n=6）。（K和L）普通饲料或高脂饮食喂养的WT或Olfr110−/−小鼠丙酮酸耐量试验期间的血浆葡萄糖水平（K）及丙酮酸耐量试验AUC（L），检测于14周龄（n=6）。（M）16周龄时，普通饲料或高脂饮食喂养WT和Olfr110−/−小鼠代表性油红O染色肝切片。图中显示代表性图像。中央静脉周围区域以蓝色标示，门管区以黑色在示意图中标出；小叶间胆管以黑色箭头标示。比例尺：50 μm；n=6；每张肝切片选择3–5个随机区域，每只小鼠随机选择6–8张切片。缩写：PC，中央静脉周围肝区；PP，门管区。（N）使用ImageJ软件对WT和Olfr110−/−小鼠油红O染色中脂滴面积比例进行定量，计算红色脂滴总面积占20×图像总面积的百分比。n=6。（A–L和N）*p<0.05；**p<0.01；***p<0.001；ns，无显著差异。Olfr110−/−小鼠与相同饮食条件下WT小鼠比较。<0.05；#<0.01；##<0.001。Olfr110−/−小鼠与相同饮食条件下WT小鼠比较。柱状图表示均值±SEM。所有数据均采用双因素方差分析并进行Dunnett事后检验。另见图S2。

肝实质细胞中的Or5v1/Olfr110是代谢调控的关键来源

研究进一步分析Or5v1/Olfr110的组织表达谱。除嗅上皮高度富集外，Or5v1/Olfr110还可在肝脏、棕色脂肪组织和下丘脑中检测到。研究团队构建了Olfr110-GFP敲入小鼠，用于观察Or5v1/Olfr110分布。在嗅上皮中，Olfr110-GFP与成熟嗅觉感觉神经元标志物OMP共染，说明该融合受体具有正常生物发生和转运特征。

进一步免疫染色显示，Or5v1/Olfr110可在肝脏中与肝细胞核因子4α（hepatocyte nuclear factor 4-alpha，HNF4α）共表达，在棕色脂肪组织中与解偶联蛋白1（uncoupling protein 1，UCP1）共表达，并在下丘脑中与阿片黑素促皮质素原（proopiomelanocortin，POMC）共表达。

为了确定关键组织来源，研究团队分别构建肝脏、下丘脑、脂肪细胞和胰腺相关细胞类型中的条件性Olfr110缺失模型。结果显示，肝脏Alb-Cre+/−Olfr110fl/fl小鼠在普通饲料和高脂饮食条件下体重增加均更明显，而下丘脑、脂肪细胞或胰腺相关删除模型并未表现出相同差异。高脂饮食背景下，Alb-Cre+/−Olfr110fl/fl小鼠葡萄糖耐量和胰岛素耐量显著受损。与全身性Olfr110敲除小鼠类似，肝脏特异性缺失还导致能量消耗和呼吸商下降、空腹血糖或胰岛素异常、糖异生增加、肝脏脂肪变和附睾脂肪细胞面积增加。这些结果说明，肝实质细胞中表达的Or5v1/Olfr110在葡萄糖代谢调控中发挥重要作用。

图3：Alb-Cre+/−Olfr110fl/fl小鼠中特异性缺失Or5v1/Olfr110会损害葡萄糖稳态。（A）来自Olfr110GFP或WT小鼠的嗅上皮（olfactory epithelium，OE）、肝脏、棕色脂肪组织（BAT）和下丘脑中OLFR110表达（绿色）。在OE中，OLFR110与OMP（红色）共免疫染色；在肝脏中与HNF4α（红色）共染；在BAT中与UCP1（红色）共染；在下丘脑中与POMC（红色）共染。比例尺：50 μm。图中显示代表性图像。n=6；每只小鼠用于切片并计为一次独立实验；每张切片选择4–7个随机区域，每只小鼠随机选择10张切片。（B）普通饲料或高脂饮食喂养的Olfr110fl/fl和Alb-Cre+/−Olfr110fl/fl小鼠体重变化曲线（n=6）。（C）14周龄时，普通饲料或高脂饮食喂养的Olfr110fl/fl和Alb-Cre+/−Olfr110fl/fl小鼠呼吸商数值计算结果（n=6）。（D和F）14周龄时，普通饲料或高脂饮食喂养的Olfr110fl/fl和Alb-Cre+/−Olfr110fl/fl小鼠GTT（D）和ITT（F）期间血浆葡萄糖水平（n=6）。（E和G）GTT（E）和ITT（G）的AUC（n=6）。（H和I）14周龄时，普通饲料或高脂饮食喂养的Olfr110fl/fl和Alb-Cre+/−Olfr110fl/fl小鼠丙酮酸耐量试验期间血浆葡萄糖水平（H）及丙酮酸耐量试验AUC（I）（n=6）。（J）16周龄时，普通饲料或高脂饮食喂养Olfr110fl/fl和Alb-Cre+/−Olfr110fl/fl小鼠代表性油红O染色肝切片。图中显示代表性图像。比例尺：50 μm；n=6；每张肝切片选择3–5个随机区域，每只小鼠随机选择6–8张切片。（K）使用ImageJ软件对Olfr110fl/fl和Alb-Cre+/−Olfr110fl/fl小鼠油红O染色中脂滴面积比例进行定量，计算红色脂滴总面积占20×图像总面积的百分比。（B–K）*p<0.05；**p<0.01；***p<0.001；ns，无显著差异，表示高脂饮食条件下Alb-Cre+/−Olfr110fl/fl小鼠与Olfr110fl/fl小鼠比较。<0.05；#<0.01；##<0.001；ns，无显著差异，表示普通饲料条件下Alb-Cre+/−Olfr110fl/fl小鼠与Olfr110fl/fl小鼠比较。柱状图表示均值±SEM。所有数据均采用双因素方差分析并进行Dunnett事后检验。另见图S2和图S3。

肝脏过表达Or5v1/Olfr110可改善Olfr110缺失小鼠的高血糖和脂肪变

为了验证肝脏Or5v1/Olfr110是否具有代谢保护作用，研究团队在高脂饮食Olfr110−/−小鼠中使用肝脏特异性启动子TBG驱动的AAV8-Olfr110进行肝脏过表达。与AAV8-control相比，AAV8-Olfr110感染后，小鼠体重增加减少、能量消耗升高。磁共振成像显示，AAV8-Olfr110明显降低高脂饮食Olfr110−/−小鼠全身和肝脏脂肪含量。

功能检测显示，肝脏过表达Or5v1/Olfr110可改善高脂饮食16周后Olfr110−/−小鼠的胰岛素敏感性、葡萄糖耐量，并抑制肝糖生成。同时，AAV8-Olfr110也减轻Olfr110缺失高脂饮食小鼠的肝脏脂质沉积。进一步给予12(S)-HEPE后，只有AAV8-Olfr110感染的Olfr110−/−小鼠表现出体重增加降低、葡萄糖耐量和胰岛素耐量改善，而AAV8-control小鼠没有类似反应。由此可见，肝脏Or5v1/Olfr110过表达可改善Or5v1/Olfr110缺失导致的高血糖和肝脏脂肪变，并恢复对12(S)-HEPE的代谢响应。

图4：肝脏Or5v1/Olfr110过表达改善Olfr110−/−小鼠的高血糖和脂肪变。（A）注射AAV8-control或AAV8-Olfr110后，高脂饮食Olfr110−/−小鼠14周内体重变化曲线（n=8）。（B和C）注射AAV8-control或AAV8-Olfr110后，高脂饮食Olfr110−/−小鼠16周时能量消耗值（B）及能量消耗AUC（C）（n=8）。（D和F）注射AAV8-control或AAV8-Olfr110后，高脂饮食Olfr110−/−小鼠16周时GTT（D）和ITT（F）期间血浆葡萄糖水平（n=7）。（E和G）GTT（E）和ITT（G）的AUC（n=7）。（H和I）注射AAV8-control或AAV8-Olfr110后，高脂饮食Olfr110−/−小鼠16周时丙酮酸耐量试验期间血浆葡萄糖水平（H）及丙酮酸耐量试验AUC（I）（n=7）。（J）注射AAV8-control或AAV8-Olfr110后，高脂饮食Olfr110−/−小鼠16周时代表性油红O染色肝切片。中央静脉周围区域以蓝色标示，门管区以黑色在示意图中标出；小叶间胆管以黑色箭头标示。比例尺：50 μm；n=6；每张肝切片选择3–5个随机区域，每只小鼠随机选择6–8张切片。（K）使用ImageJ软件对注射AAV8-control或AAV8-Olfr110后，高脂饮食Olfr110−/−小鼠16周肝组织油红O染色中脂滴面积比例进行定量，计算红色脂滴总面积占20×图像总面积的百分比。（A–K）*p<0.05；**p<0.01；***p<0.001；ns，无显著差异，表示高脂饮食小鼠感染AAV8-Olfr110与感染AAV8-control比较。柱状图表示均值±SEM。（A）、（D）、（F）和（H）采用双因素方差分析并进行Dunnett事后检验；（C）、（E）、（G）、（I）和（K）采用双侧非配对Student t检验。另见图S4。

12(S)-HEPE通过Olfr110-Gs信号提高肝细胞CPT1α表达并促进脂肪酸氧化

研究进一步检验12(S)-HEPE是否可通过Olfr110改善代谢。WT和Olfr110−/−小鼠先接受普通饮食或高脂饮食10周，随后再给予12(S)-HEPE处理8周。结果显示，12(S)-HEPE可显著降低高脂饮食诱导的体重增加，但这一作用依赖OLFR110表达，在Olfr110−/−小鼠中消失。12(S)-HEPE还可显著改善高脂饮食小鼠的葡萄糖耐量和胰岛素耐量。

随后，研究团队对12(S)-HEPE刺激后的WT小鼠肝细胞进行转录组分析。RNA测序显示，12(S)-HEPE刺激后有644个基因上调、672个基因下调。KEGG通路分析显示，“脂肪酸降解”等通路被显著激活，而“脂肪酸生物合成”等通路被显著抑制。这提示12(S)-HEPE可重塑肝细胞中的脂质-脂肪酸代谢网络。

进一步检测脂质代谢相关基因发现，参与脂肪酸氧化的Cpt1α mRNA在12(S)-HEPE刺激后显著升高，但这一升高在Or5v1/Olfr110缺失肝细胞中减弱。靶向质谱检测也显示，Cpt1α产物相关饱和长链酰基肉碱C14:0、C16:0、C18:0和C20:0，在WT肝细胞经12(S)-HEPE刺激后显著增加，而在Olfr110−/−肝细胞中未出现相同变化。此外，12(S)-HEPE诱导的Cpt1α表达升高，在Alb-Cre+/−Gsfl/fl小鼠肝细胞中显著减弱，而在β-arrestin 1或β-arrestin 2缺失肝细胞中未受到影响。上述结果提示，Gs在Or5v1/Olfr110激活后上调Cpt1α表达中发挥关键作用。

图5：12(S)-HEPE通过Or5v1/Olfr110-Gs信号通路改善肝细胞CPT1α表达。（A）WT小鼠或Olfr110−/−小鼠经Vehicle或12(S)-HEPE处理8周后的体重变化曲线；12(S)-HEPE剂量为50 ng·g−1/天，腹腔注射（intraperitoneal，i.p.）（n=6）。（B和C）WT小鼠或Olfr110−/−小鼠经Vehicle或12(S)-HEPE处理8周后，GTT（B）和ITT（C）期间血浆葡萄糖水平；12(S)-HEPE剂量为50 ng·g−1/天，i.p.（n=6）。（D）聚类热图显示WT小鼠肝细胞经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE刺激后RNA测序数据。（E）火山图显示WT小鼠肝细胞经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE刺激后RNA测序数据。（F）KEGG富集通路分析显示WT小鼠肝细胞经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE刺激后的RNA测序结果。（G）气泡图显示WT小鼠肝细胞经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE刺激后，RNA测序数据中脂肪酸生物合成和脂肪酸降解信号相关基因。（H）热图显示RT-qPCR分析得到的脂肪酸生物合成和脂肪酸降解信号相关基因，这些基因来自WT或Olfr110−/−小鼠肝细胞，经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE刺激。数据来自3次独立实验（n=3）。（I）WT或Olfr110−/−小鼠肝细胞经Vehicle对照或1 μM 12(S)-HEPE处理后，Cpt1α产物相关饱和长链酰基肉碱（C14:0、C16:0、C18:0和C20:0）的相对水平。数据来自6次独立实验（n=6）。（J）WT或Olfr110−/−小鼠肝细胞经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE处理后，CPT1α蛋白水平的代表性免疫印迹及定量。数据来自3次独立实验（n=3）。（K）来自Alb-cre+/−、Gsfl/fl或Alb-cre+/−Gsfl/fl小鼠的肝细胞，经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE处理后，CPT1α蛋白水平的代表性免疫印迹及定量。数据来自3次独立实验（n=3）。（L）来自WT、Arrb1−/−或Arrb2−/−小鼠的肝细胞，经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE处理后，CPT1α蛋白水平的代表性免疫印迹及定量。数据来自3次独立实验（n=3）。（A–L）***p<0.001；ns，无显著差异，表示12(S)-HEPE处理小鼠与Vehicle处理小鼠比较。<0.05；#<0.01；##<0.001；ns，无显著差异，表示Olfr110−/−小鼠与Vehicle处理WT小鼠比较。柱状图表示均值±SEM。所有数据均采用双因素方差分析并进行Dunnett事后检验。另见图S5。

12(S)-HEPE激活Gs-PKA-pATF2信号并上调CPT1α

为了寻找12(S)-HEPE-Olfr110信号下游的磷酸化事件，研究团队对WT和Olfr110−/−小鼠来源肝细胞进行无标记定量磷酸化蛋白组学分析。共鉴定到1,104种蛋白和2,880个磷酸化位点。WT肝细胞暴露于12(S)-HEPE后，43个位点磷酸化水平升高，另有43个位点降低。KEGG分析显示，12(S)-HEPE处理后上调的磷酸化蛋白富集于8条信号通路。

值得注意的是，PI3K-AKT通路中的四个关键成分出现磷酸化增强，包括ATF2、PDPK1、IF4B和MK01。其中，12(S)-HEPE诱导的ATF2 Thr51/Thr53磷酸化，在Or5v1/Olfr110缺失肝细胞中显著降低；而Gs抑制剂NF-449或蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）抑制剂PKI 14–22也可阻断这一磷酸化事件。免疫染色显示，在Gsfl/fl小鼠肝细胞中，12(S)-HEPE刺激可诱导相当一部分ATF2-pT51pT53与细胞核共定位；而在Alb-cre+/−Gsfl/fl肝细胞中，这一现象明显减弱。此外，在人肝癌细胞系HepG2中，100 nM 12(S)-HEPE也可诱导ATF2的T51/T53磷酸化和核转位。

进一步功能验证显示，ATF2敲低会消除12(S)-HEPE诱导的Cpt1α mRNA和蛋白上调。染色质免疫沉淀分析显示，ATF2在Cpt1α启动子区域约−1,761至−2,000 bp处结合最为明显。因此，12(S)-HEPE诱导Cpt1α表达，是通过ATF2结合Cpt1α启动子介导的。肝脏特异性ATF2敲低小鼠进一步证明，在高脂饮食条件下，ATF2敲低会加重体重增加、降低能量消耗、诱导胰岛素抵抗和糖异生；12(S)-HEPE可逆转对照小鼠的代谢缺陷，但在ATF2敲低小鼠中失效。该结果说明，ATF2对于维持葡萄糖稳态以及介导12(S)-HEPE的代谢获益至关重要。

图6：Or5v1/Olfr110-Gs信号在肝细胞中激活CPT1α表达上游的PKA-磷酸化ATF2通路。（A）流程图显示WT或Olfr110−/−小鼠肝细胞经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE处理后的定量磷酸化蛋白组学分析。（B）火山图显示WT小鼠肝细胞经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE刺激后，磷酸化蛋白组学数据鉴定到的磷酸化蛋白。（C）KEGG富集通路分析显示WT小鼠肝细胞经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE刺激后，磷酸化蛋白组学数据鉴定到的磷酸化蛋白。（D）热图显示WT或Olfr110−/−小鼠肝细胞经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE刺激后，归类于PI3K-AKT通路的关键磷酸化蛋白。（E）代表性高能碰撞解离（higher-energy collisional dissociation，HCD）谱图显示质谱鉴定到ATF2磷酸化肽段（Thr51、Thr53）。（F和G）WT或Olfr110−/−小鼠肝细胞经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE处理后，ATF2蛋白及磷酸化水平的代表性免疫印迹（F）和定量（G）。数据来自3次独立实验（n=3）。（H）WT小鼠肝细胞预先用10 μM Gs抑制剂NF-449或10 μM PKA抑制剂PKI 14–22处理，再经100 nM 12(S)-HEPE刺激后，ATF2蛋白及磷酸化水平的代表性免疫印迹和定量。数据来自3次独立实验（n=3）。（I）来自Gsfl/fl或Alb-cre+/−Gsfl/fl小鼠的肝细胞，经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE刺激后，p-ATF2亚细胞定位免疫染色。图中显示代表性图像。比例尺：50 μm；数据来自6次独立实验（n=6）。（J）WT小鼠肝细胞转染对照或ATF2 siRNA后，经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE处理，检测ATF2蛋白水平的代表性免疫印迹及定量。数据来自3次独立实验（n=3）。（K）ChIP分析WT或Olfr110−/−小鼠肝细胞经Vehicle对照或100 nM 12(S)-HEPE处理后，ATF2在Cpt1α启动子特定区域上的募集。数据来自3次独立实验（n=3）。（L）示意图显示12(S)-HEPE诱导Or5v1/Olfr110激活后，通过Gs-PKA-pATF2通路增加CPT1α表达，进而促进脂质氧化。（G、H和J）*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001；ns，无显著差异，表示12(S)-HEPE处理小鼠与Vehicle处理小鼠比较。柱状图表示均值±SEM。（H）采用单因素方差分析并进行Tukey检验。（G）和（J）采用双因素方差分析并进行Dunnett事后检验。另见图S5和图S6。

合成激动剂HOR1-C59选择性靶向Or5v1/Olfr110并改善高脂饮食小鼠代谢

嗅觉受体是最大的GPCR家族，参与多种生理过程，但目前尚无临床治疗药物直接靶向嗅觉受体。研究团队在平行研究中解析了Or5v1/Olfr110结构，发现其配体口袋内Q80、H84、I105和R272组成的QHIR基序，在与Olfr110/Olfr111/OR5V1系统发育相近的其他嗅觉受体成员中并不保守。基于这一结构特征，研究团队使用包含100万个结构多样化化合物的AI整理化合物库，围绕QHIR基序进行体外虚拟筛选，并选择50个候选化合物进行实验验证。其中3个化合物对Or5v1/Olfr110具有可检测活性。

在这些候选物中，N4,N5-dibenzyl-2,2-dimethyl-1,3-dioxolane-4,5-dicarboxamide，即HOR1-C59（hepatic OR1 C-59），能够以高效价和选择性激活Or5v1/Olfr110，其对Or5v1/Olfr110的EC50为7.12 ± 1.57 nM。结构模拟显示，HOR1-C59呈“Y”形构象，两个中部羰基氧可能分别与Or5v1/Olfr110的Y278和S275形成氢键；一侧苯环插入疏水口袋并与H84形成π-π相互作用，另一侧苯环则与A255、T258、Y259、L268和I274形成疏水相互作用。突变分析支持这一预测结合模式。

在高脂饮食小鼠中，HOR1-C59给药显著降低WT小鼠体重增加，提高能量消耗，并在8周处理后显著改善胰岛素耐量和葡萄糖耐量。丙酮酸耐量试验显示，HOR1-C59可改善高脂饮食WT小鼠糖异生异常，而这一作用在Or5v1/Olfr110缺失小鼠中消失。HOR1-C59还显著降低肝脏脂肪变和附睾脂肪细胞大小。总体而言，HOR1-C59作为Or5v1/Olfr110合成激动剂，可在高脂饮食WT小鼠中改善葡萄糖代谢和肥胖相关表型，而其作用依赖Or5v1/Olfr110表达。

图7：合成激动剂HOR1-C59靶向Or5v1/Olfr110，并改善高脂饮食小鼠葡萄糖代谢。（A和B）根据平行研究中PL45-OLFR110-Gs复合物结构，利用SiteMap算法预测配体结合口袋。预测结合口袋以粉色球体填充。图中显示PL45-OLFR110-Gs复合物结构中PL45结合口袋的详细示意。预测结合口袋以粉色球体填充。OLFR110残基Q802.60、H842.64、I1053.33和R2727.35（QHIR基序）以蓝色显示。根据序列比对，展示OLFR110中PL45结合口袋与系统发育上接近OLFR110/OLFR111/OR5V1的其他嗅觉受体成员中等价残基的差异；Q802.60、H842.64、I1053.33和R2727.35残基（QHIR基序）以蓝色背景标出。（C）基于PL45-OLFR110-Gs复合物结构的OLFR110激动剂筛选流程，包括基于分子对接的虚拟筛选（SP）和（XP）、关键残基筛选、聚类分析以及体外测试。（D）在过表达OLFR110的HEK293细胞中，检测50个最终筛选化合物刺激后Gαs-Gβγ解离效价。热图根据pEC50值着色。数值为3次独立实验均值（n=3）。（E）过表达Or5v1/Olfr110、Or5v1b/Olfr111和OR5V1的HEK293细胞对HOR1-C59刺激的剂量反应曲线。数据来自3次独立实验（n=3）。（F）示意图显示高脂饮食条件下WT小鼠或Olfr110−/−小鼠经Vehicle或HOR1-C59处理后代谢或身体参数检测的实验设计；HOR1-C59剂量为50 ng·g−1/天，i.p.，持续10周（n=6）。（G）高脂饮食条件下WT或Olfr110−/−小鼠经Vehicle或HOR1-C59处理8周后的体重变化曲线；剂量为50 ng·g−1/天，i.p.（n=6）。（H）高脂饮食条件下WT或Olfr110−/−小鼠经Vehicle或HOR1-C59处理8周后，采用间接热量测定检测能量消耗；剂量为50 ng·g−1/天，i.p.（n=6）。（I）H图中能量消耗AUC，检测对象为高脂饮食条件下经Vehicle或HOR1-C59处理8周的WT或Olfr110−/−小鼠；剂量为50 ng·g−1/天，i.p.（n=6）。（J和L）高脂饮食条件下WT或Olfr110−/−小鼠经Vehicle或HOR1-C59处理8周后，ITT（J）和GTT（L）期间血浆葡萄糖水平；剂量为50 ng·g−1/天，i.p.（n=6）。（K和M）ITT（K）和GTT（M）的AUC（n=6）。（N）高脂饮食条件下WT或Olfr110−/−小鼠经Vehicle或HOR1-C59处理10周后的代表性油红O染色肝切片；HOR1-C59剂量为50 ng·g−1/天，i.p.。图中显示代表性图像。中央静脉周围区域以蓝色标示，门管区以黑色在示意图中标出；小叶间胆管以黑色箭头标示。比例尺：50 μm；n=6；每张肝切片选择3–5个随机区域，每只小鼠随机选择6–8张切片。（O）使用ImageJ软件对N图中油红O染色的脂滴面积比例进行定量，计算红色脂滴总面积占20×图像总面积的百分比。（G–O）*p<0.05；**p<0.01；***p<0.001；ns，无显著差异，表示WT小鼠经Vehicle或HOR1-C59处理之间的比较。柱状图表示均值±SEM。（O）##<0.001，表示WT小鼠与Olfr110−/−小鼠比较。所有数据均采用双因素方差分析并进行Dunnett事后检验。另见图S7。

【贡献】★★★★★

本研究提出并验证了一条新的代谢调控轴：ω-3来源氧脂素12(S)-HEPE可作为内源性配体，激活肝脏中表达的嗅觉受体Or5v1/Olfr110，进而启动Gs-PKA-pATF2信号，诱导ATF2进入细胞核并结合Cpt1α启动子区域，提高CPT1α表达，促进肝脏脂肪酸氧化，最终改善高脂饮食相关肥胖、肝脏脂肪变和葡萄糖代谢异常。

研究还显示，肥胖状态下12(S)-HEPE-Olfr110信号下降：高脂饮食小鼠以及BMI升高人群中，12(S)-HEPE水平和Or5v1/Olfr110激活能力均降低。全身性或肝脏特异性Olfr110缺失会加重体重增加、能量消耗下降、胰岛素抵抗、糖异生增强和肝脏脂肪变；而肝脏过表达Olfr110可逆转这些代谢异常，并恢复对12(S)-HEPE刺激的响应。

从药物发现角度看，研究团队基于Or5v1/Olfr110结构设计并筛选出合成激动剂HOR1-C59。HOR1-C59可在高脂饮食WT小鼠中降低体重增加、提高能量消耗、改善葡萄糖耐量和胰岛素耐量，并减轻肝脏脂肪变，而这些作用在Olfr110缺失背景下消失。这提示，靶向非鼻腔表达的嗅觉受体，可能为肥胖、糖尿病和脂肪肝等代谢疾病提供新的干预思路。

不过，研究也存在一定局限。首先，作者使用Olfr110-GFP融合策略描绘多代谢器官中的Or5v1/Olfr110表达模式。虽然qPCR显示WT小鼠和Olfr110-GFP小鼠在肝脏、下丘脑和棕色脂肪组织等关键代谢组织中的Or5v1/Olfr110表达无显著差异，但GFP-Olfr110融合蛋白可能具有不同于野生型Or5v1/Olfr110的亚细胞分布。未来仍需要使用Olfr110特异性抗体，在WT小鼠中更精确地进行免疫荧光定位。其次，HOR1-C59目前仍处于实验性小分子阶段，其药代动力学、安全性、剂量窗口以及人体转化潜力仍需系统研究。总体而言，该研究揭示了“氧脂素-嗅觉受体-肝脏脂肪酸氧化”这一此前未被充分认识的代谢调控机制，并为靶向嗅觉受体的小分子药物开发提供了新的理论依据。

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