棕色脂肪細(xì)胞有大量小的多房脂滴和大量含有高密度嵴（cristae）結(jié)構(gòu)的線粒體，其產(chǎn)熱活性能夠被冷刺激高度激活，促進(jìn)能量底物（如脂肪和糖）吸收，加快細(xì)胞代謝，尤其是線粒體代謝。線粒體是控制能量代謝和生物合成的重要細(xì)胞器。在冷應(yīng)激條件下，線粒體的代謝適應(yīng)能力對(duì)脂肪細(xì)胞產(chǎn)熱至關(guān)重要。然而棕色脂肪細(xì)胞在冷誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激挑戰(zhàn)下如何保持線粒體功能激活尚未得到完全闡明。作者團(tuán)隊(duì)前期通過(guò)RNA-seq技術(shù)鑒定到Ifi27 （interferon alpha inducible protein 27）相對(duì)富集表達(dá)于小鼠棕色脂肪細(xì)胞中，但功能未知。

2023年8月7日，復(fù)旦大學(xué)代謝分子醫(yī)學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)系潘東寧研究員團(tuán)隊(duì)在Advanced Science（IF 15.1）上在線發(fā)表了題為“IFI27 integrates succinate and fatty acid oxidation to promote adipocyte thermogenic adaption”的研究論文。該研究揭示了線粒體蛋白IFI27在維持正常嵴形態(tài)中發(fā)揮重要作用，它通過(guò)保持完整的琥珀酸脫氫酶功能以及活躍的脂肪酸氧化來(lái)促進(jìn)棕色脂肪細(xì)胞的產(chǎn)熱。中科新生命參與了該研究中蛋白組、代謝組及脂質(zhì)組檢測(cè)的相關(guān)工作。

?研究材料

野生型小鼠（WT），脂肪組織中特異性敲除Ifi27的小鼠（AKO），棕色脂肪細(xì)胞，線粒體

?技術(shù)路線

步驟1：IFI27-APEX2催化的還原反應(yīng)并結(jié)合透射電鏡，揭示IFI27蛋白主要定位于線粒體基質(zhì)；

步驟2：利用Cre-LoxP系統(tǒng)構(gòu)建AKO小鼠觀測(cè)冷應(yīng)激反應(yīng)及BAT中線粒體形態(tài)及功能；

步驟3：利用靶向代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)AKO小鼠BAT中能量代謝相關(guān)代謝物差異變化；

步驟4：免疫共沉淀-蛋白質(zhì)譜鑒定（coIP-MS）、pull down以及蛋白穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，證實(shí)IFI27特異性結(jié)合SDHB及 HADHA；

步驟5：脂質(zhì)組學(xué)檢測(cè)HADHA與IFI27互作后脂質(zhì)分子擾動(dòng)情況。

?研究結(jié)果

1. IFI27蛋白主要定位于線粒體基質(zhì)

作者團(tuán)隊(duì)前期通過(guò)RNA-seq技術(shù)鑒定到Ifi27 （interferon alpha inducible protein 27）相對(duì)富集表達(dá)于小鼠BAT中，IFI27屬于干擾素誘導(dǎo)蛋白12家族成員，前人的研究集中于該家族成員在病毒免疫過(guò)程中的作用，而其在脂肪組織中的作用尚無(wú)報(bào)道。既往研究初步確定IFI27定位于棕色脂肪細(xì)胞的線粒體中，同時(shí)發(fā)現(xiàn)敲低Ifi27的棕色脂肪細(xì)胞線粒體功能基因表達(dá)水平下降。在本研究中首先通過(guò)蛋白免疫印跡實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)冷暴露和β3腎上腺素受體激動(dòng)劑CL316,243的處理可以增加小鼠BAT中IFI27蛋白水平，另外通過(guò)IFI27-APEX2催化的還原反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，結(jié)合透射電鏡，確定IFI27蛋白主要定位于線粒體基質(zhì)中。

2. AKO小鼠表現(xiàn)冷不耐受表型，BAT中線粒體腫脹、嵴大量缺失和氧耗能力下降

為了確認(rèn)IFI27在體內(nèi)BAT的功能，該研究采用Cre-LoxP系統(tǒng)構(gòu)建了在脂肪組織中特異性敲除Ifi27的小鼠（AKO）。環(huán)境溫度下使用間接量熱法測(cè)量了 WT 和 AKO 小鼠的代謝參數(shù)和能量消耗，相比野生型小鼠（WT），AKO小鼠表現(xiàn)出全身能量消耗降低的表型。利用透射電子顯微鏡 (TEM)觀測(cè)顯示AKO小鼠BAT中線粒體腫脹、嵴大量缺失和氧耗能力下降。冷刺激AKO小鼠表現(xiàn)出直腸溫度降低，冷不耐受表型。AKO小鼠 iWAT 褐變減少，UCP1 水平降低，參與鈣和肌酸循環(huán)的基因表達(dá)受擾。

3. AKO小鼠BAT中琥珀酸積累致使SDHB 水平降低

線粒體是能量代謝中心，IFI27作為線粒體基質(zhì)蛋白可能參與到多種線粒體代謝途徑。為了確認(rèn) AKO小鼠的 BAT中是否存在代謝擾動(dòng)，作者采用靶向代謝組學(xué)分析急性冷刺激下小鼠能量產(chǎn)生有關(guān)的內(nèi)源代謝物類群。發(fā)現(xiàn)AKO小鼠BAT中琥珀酸出現(xiàn)異常累積，同時(shí)琥珀酸脫氫酶（succinate dehydrogenase，SDH）水平以及酶活性顯著降低，這提示IFI27的缺失抑制了SDH的功能。SDH是由SDHA、SDHB、SDHC、SDHD 4個(gè)亞基組成的異源四聚體，并作為電子傳遞鏈（electron transport chain，ETC）復(fù)合體Ⅱ參與線粒體內(nèi)的生物氧化。進(jìn)一步檢測(cè)呼吸鏈復(fù)合物代表性亞基的水平時(shí)，發(fā)現(xiàn) SDHB 表達(dá)水平降低。

4. IFI27促使SDHB與其分子伴侶TRAP1相互作用

研究者通過(guò)免疫共沉淀-蛋白質(zhì)譜（CoIP-MS）、Pull down以及蛋白穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了IFI27可以特異地結(jié)合SDHB（succinate dehydrogenase complex iron sulfur subunit B）并促進(jìn)SDHB與其分子伴侶TRAP1（TNF receptor associated protein 1）的連接，從而參與調(diào)節(jié)SDHB在線粒體基質(zhì)內(nèi)的穩(wěn)定性。尤其是在產(chǎn)熱激活伴隨著線粒體氧化應(yīng)激的環(huán)境下，IFI27在保護(hù)SDHB免受氧化損傷引發(fā)的降解過(guò)程中扮演了重要角色。

5. IFI27與HADHA互作干擾TG和磷脂代謝

為了充分了解AKO小鼠冷不耐受的機(jī)制，作者對(duì)棕色脂肪細(xì)胞進(jìn)行了免疫沉淀結(jié)合質(zhì)譜 (IP-MS) 分析。免疫共沉淀-蛋白質(zhì)譜結(jié)果還顯示線粒體基質(zhì)蛋白HADHA（Hydroxyacyl-CoA dehydrogenase subunit α）亦可與IFI27相互作用。HADHA作為三功能酶復(fù)合體亞基催化了發(fā)生于線粒體基質(zhì)的脂肪酸β-氧化中的水合與脫氫反應(yīng)。體外酶活性測(cè)定證實(shí)了IFI27的缺失雖不影響HADHA蛋白水平，但降低其酶活性，進(jìn)而致使游離脂肪酸含量減少，并且線粒體耗氧率受損，證實(shí)AKO小鼠的脂質(zhì)動(dòng)員和利用能力受損。

研究者進(jìn)一步利用脂質(zhì)組學(xué)分析室溫下AKO小鼠BAT中甘油三酯和甘油磷脂種類的組成。結(jié)果表明IFI27的缺乏會(huì)干擾TG和磷脂代謝，進(jìn)而導(dǎo)致脂肪酸氧化功能受損，這成為AKO小鼠出現(xiàn)產(chǎn)熱缺陷和氧耗降低表型的另一分子機(jī)制。

?小結(jié)

IFI27是線粒體代謝和適應(yīng)性產(chǎn)熱的一種新的調(diào)節(jié)因子。一方面它能夠靶向調(diào)節(jié)SDHB穩(wěn)定性從而維持琥珀酸脫氫酶正常功能，另一方面它直接結(jié)合脂肪酸β-氧化酶HADHA而保持其活性。IFI27的存在保證了棕色脂肪細(xì)胞內(nèi)三羧酸循環(huán)和脂肪酸氧化正常運(yùn)行，從而維持適應(yīng)性產(chǎn)熱。綜上該研究揭示了IFI27在控制棕色脂肪細(xì)胞線粒體代謝以適應(yīng)不斷變化環(huán)境中的重要作用。

中科優(yōu)品推薦

【中科新生命】以蛋白質(zhì)組、修飾組、代謝及脂質(zhì)組等質(zhì)譜服務(wù)為核心，并延伸打造微生物、轉(zhuǎn)錄組、時(shí)空多組學(xué)服務(wù)，已搭建完整的創(chuàng)新型多組學(xué)平臺(tái)，為您的研究保駕護(hù)航！年末促銷(xiāo)和預(yù)付款預(yù)存活動(dòng)進(jìn)行中，歡迎感興趣的老師前來(lái)咨詢!