2023年6月16日，清華大學(xué)羅永章及付彥共同通訊在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF=38.12）在線發(fā)表題為“Albumosomes formed by cytoplasmic pre-folding albumin maintain mitochondrial homeostasis and inhibit nonalcoholic fatty liver disease”的研究論文，該研究表明由細(xì)胞質(zhì)折疊前白蛋白形成的白蛋白體維持線粒體穩(wěn)態(tài)并抑制非酒精性脂肪性肝病。

【該研究使用的HepG2 細(xì)胞系 (HepG2-AKO)由海星生物（Haixing Biosciences）構(gòu)建】肝線粒體功能障礙會導(dǎo)致非酒精性脂肪肝（NAFLD）的發(fā)展。然而，如何維持線粒體穩(wěn)態(tài)的因素，尤其是肝細(xì)胞中的線粒體穩(wěn)態(tài)原因，目前尚不清楚。論文研究中，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)中的預(yù)折疊白蛋白與血清中的折疊白蛋白完全不同。從機(jī)制上講，內(nèi)源性預(yù)折疊白蛋白在細(xì)胞質(zhì)中經(jīng)歷相變，形成殼狀球形結(jié)構(gòu)，稱之為“白蛋白體”。蛋白體與細(xì)胞質(zhì)中的預(yù)折疊Carnitine palmitoyltransferase 2 (CPT2) 相互作用并捕獲。在高脂肪飲食誘導(dǎo)的應(yīng)激條件下，蛋白體控制 CPT2 向線粒體的過度結(jié)合；這樣，蛋白體維持線粒體穩(wěn)態(tài)，避免疲勞。從生理上講，蛋白體在小鼠衰老過程中在肝細(xì)胞中積累，并保護(hù)衰老小鼠的肝臟免受線粒體損傷和脂肪沉積。從形態(tài)上看，成熟的蛋白體平均直徑為4μm，被熱休克蛋白Hsp90和Hsp70家族蛋白包圍，形成更大的外殼。Hsp90 抑制劑 17-AAG 在體外和體內(nèi)促進(jìn)肝臟蛋白體積累，從而抑制小鼠 NAFLD 的進(jìn)展。

構(gòu)建的ALB敲除的 HepG2 細(xì)胞系 (HepG2-AKO)，以研究其體外線粒體變化（補(bǔ)充圖S2b）。發(fā)現(xiàn)HepG2-WT細(xì)胞中的線粒體具有正常的形態(tài)，具有健康的膜網(wǎng)絡(luò)和完整的嵴（圖1j）。然而，HepG2-AKO細(xì)胞中的線粒體嵴表現(xiàn)出顯著收縮和數(shù)量減少（圖1j）。此外，與小鼠肝臟中線粒體的超微結(jié)構(gòu)一致，HepG2-AKO表現(xiàn)出比HepG2-WT顯著更高水平的過度融合和斷裂（圖1j）。

基于細(xì)胞內(nèi)白蛋白缺乏導(dǎo)致的線粒體超微結(jié)構(gòu)的變化，論文研究了HepG2-WT和HepG2-AKO細(xì)胞的線粒體呼吸速率。與原代小鼠肝細(xì)胞一致，HepG2-AKO細(xì)胞表現(xiàn)出比HepG2-WT細(xì)胞更高的呼吸水平（圖1 k），表明白蛋白敲除觸發(fā)SIMH和線粒體耗竭。此外，使用代謝組學(xué)分析分析了 HepG2-WT 和 HepG2-AKO 之間代謝物的差異。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TCA循環(huán)中的關(guān)鍵成員如檸檬酸、順式當(dāng)白蛋白被敲除時，烏頭酸、琥珀酸、富馬酸、蘋果酸和 NADH 均顯著增加，這表明細(xì)胞內(nèi)白蛋白維持了 HepG2 中的 TCA 循環(huán)穩(wěn)態(tài)（補(bǔ)充圖 S2c ）。此外，從代謝組學(xué)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一些?；鈮A，如肉豆蔻酰肉堿-14、丁酰肉堿和L-乙酰肉堿在HepG2-AKO細(xì)胞中顯著增加，這驗證了白蛋白敲除誘導(dǎo)脂肪酸β-氧化（補(bǔ)充圖S2d），這與小鼠肝臟中的RNA-Seq結(jié)果一致。這些數(shù)據(jù)表明，沒有細(xì)胞內(nèi)白蛋白的肝細(xì)胞正遭受過度的代謝應(yīng)激。此外，用 MitoSOX 對細(xì)胞進(jìn)行染色并發(fā)現(xiàn) HepG2-AKO 細(xì)胞表現(xiàn)出比 HepG2-WT 細(xì)胞更高的線粒體 ROS 水平（補(bǔ)充圖S2e）?？傊?，這些發(fā)現(xiàn)表明細(xì)胞內(nèi)白蛋白的缺乏會引發(fā)肝線粒體過度激活，并持續(xù)紊亂和破壞。

蛋白小體可以作為一個平臺，通過該平臺，許多其他新合成的預(yù)折疊蛋白被保留在細(xì)胞質(zhì)中，在此過程中可能會發(fā)生一些生物物理和生化反應(yīng)。作為肝細(xì)胞中一種新型的無膜結(jié)構(gòu)，白蛋白體在未來的研究中有待深入，并有可能成為治療許多代謝和衰老相關(guān)疾病的新靶點(diǎn)。

原文描述：Cell lines：HepG2 and HEK293T were bought from ATCC and cultured with DMEM, 10% fetal bovine serum (FBS) and 1% Penicillin-Streptomycin (PS) in the cell culture incubator at 37?°C and 5% CO2. ALB in HepG2 was knocked out by?Haixing Biosciences?using the CRISPR/Cas9 system. The sequences of gRNAs weregRNA-A1: ACCTCTGGTCTCACCAATCGGGG, and?gRNA-A2: CTCCATGGCAGCATTCCGTGTGG according tohttp://crispor.tefor.net.

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41392-023-01437-0

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