麻省大學(xué)醫(yī)學(xué)院David A. Guertin實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)銜在Nature metabolism雜志發(fā)表了題為Brown fat ATP-cIT(http://www.weberwork.com/sell/l_25/)rate lyase links carbohydrate availability to thermogenesis and guards against metabolic stress的研究文章，揭示了ACLY在BAT中通過(guò)緩解代謝壓力來(lái)促進(jìn)產(chǎn)熱的關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，BAT中ACLY的缺失會(huì)導(dǎo)致TCA循環(huán)超負(fù)荷，激活整合應(yīng)激反應(yīng)（ISR），并抑制產(chǎn)熱功能。此外，BAT中同時(shí)敲除脂肪酸合成酶（Fasn）和Acly的編碼基因能夠激活替代的代謝途徑，恢復(fù)正常的產(chǎn)熱功能。本研究為理解BAT中脂肪酸“合成-氧化”間“矛盾”而復(fù)雜的代謝調(diào)控關(guān)系提供了新見(jiàn)解。
為了研究ACLY和ACSS2在BAT中的作用，作者構(gòu)建了BAT組織特異性敲除Acly或Acss2的轉(zhuǎn)基因小鼠模型（AclyBATKO和Acss2BATKO）。利用該模型，作者發(fā)現(xiàn)ACLY的缺失導(dǎo)致小鼠BAT發(fā)生“白化”、組織質(zhì)量增加，并在寒冷環(huán)境中體溫迅速下降。相比之下，ACSS2的缺失并未引起類似的生理變化，表明ACLY在BAT產(chǎn)熱和應(yīng)對(duì)寒冷刺激中的關(guān)鍵性。此外，AclyBATKO小鼠BAT“白化”表明脂質(zhì)發(fā)生累積，但脂質(zhì)合成相關(guān)基因的表達(dá)反而降低，暗示了此時(shí)FAO功能被抑制，而非脂質(zhì)合成增加，導(dǎo)致了BAT變白。這些變化還伴隨著新生脂質(zhì)合成、葡萄糖攝取、Glut4表達(dá)以及脂質(zhì)攝取相關(guān)基因的表達(dá)下調(diào)，進(jìn)一步表明BAT中ACLY缺失抑制了FAO活性。
研究還發(fā)現(xiàn)，Acly的缺失嚴(yán)重?fù)p害了BAT中的線粒體功能，表現(xiàn)為UCP1、ETC亞基以及多種線粒體相關(guān)磷脂水平的下降，但未見(jiàn)線粒體超微結(jié)構(gòu)的顯著變化。此外，ACLY在BAT中的缺失還顯著降低了線粒體生物發(fā)生和代謝相關(guān)的關(guān)鍵基因表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)熱能力減弱，并伴隨耗氧率和細(xì)胞外酸化率的下降。因此，ACLY在維持BAT中線粒體功能和解偶聯(lián)呼吸中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，進(jìn)而調(diào)控了BAT的產(chǎn)熱活性。
長(zhǎng)期劇烈的寒冷應(yīng)激會(huì)在皮下白色脂肪組織（WAT）中誘導(dǎo)棕色樣脂肪細(xì)胞，稱為米色或亮棕色脂肪細(xì)胞，這一過(guò)程稱為WAT的“棕化”。為了檢測(cè)ACLY是否也對(duì)WAT的棕化至關(guān)重要，作者將脂肪組織Acly特異性敲除小鼠（AclyFATKO）置于6°C的寒冷環(huán)境4周，發(fā)現(xiàn)缺乏ACLY的小鼠無(wú)法在寒冷環(huán)境中形成米色/亮棕色脂肪細(xì)胞，且伴隨著UCP1、線粒體相關(guān)基因及產(chǎn)熱基因的表達(dá)降低。因此，ACLY不僅在BAT中調(diào)節(jié)產(chǎn)熱功能，還在寒冷應(yīng)激下影響WAT的棕化過(guò)程。
進(jìn)一步探究ACLY缺失影響產(chǎn)熱的機(jī)制后，作者發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)ACLY敲除的小鼠中編碼線粒體、呼吸鏈和脂質(zhì)代謝的基因下調(diào)，而炎癥標(biāo)志物基因上調(diào)。同時(shí)，ISR（整合應(yīng)激反應(yīng)）和線粒體質(zhì)量控制通路也被激活，從而抑制產(chǎn)熱并誘導(dǎo)代謝重塑?？梢?jiàn)，ACLY的缺失通過(guò)觸發(fā)代謝應(yīng)激和ISR途徑對(duì)棕色脂肪組織的功能產(chǎn)生了廣泛的影響。接下來(lái)，作者對(duì)AclyBATKO小鼠進(jìn)行了?；o酶A譜分析和[13C]葡萄糖同位素示蹤實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)ACLY缺失導(dǎo)致了棕色脂肪組織中TCA循環(huán)過(guò)載，進(jìn)而激發(fā)ISR，表明ACLY能夠通過(guò)平衡TCA循環(huán)的負(fù)荷，緩解代謝應(yīng)激并維持BAT的正常功能。
值得注意的是，雙敲除Fasn和Acly能夠抵消ACLY缺失導(dǎo)致的BAT白化和代謝應(yīng)激。Fasn和Acly的雙敲除通過(guò)調(diào)節(jié)碳代謝途徑，恢復(fù)了乙酰輔酶A的水平，緩解了ACLY缺失引發(fā)的代謝失調(diào)。這表明Fasn與ACLY之間的互作對(duì)于調(diào)節(jié)乙酰輔酶A的利用及碳通量的平衡至關(guān)重要。此外， Fasn和Acly的雙敲除顯著抑制了與代謝壓力相關(guān)的ISR信號(hào)通路的激活和炎癥反應(yīng)。因此，BAT中Fasn和Acly的雙敲除通過(guò)在產(chǎn)熱過(guò)程中重新平衡進(jìn)入線粒體的碳通量及TCA循環(huán)活性，挽救了Acly缺失引起的代謝失衡。
綜上所述，本研究揭示了ATP-檸檬酸裂解酶（ACLY）通過(guò)緩解代謝應(yīng)激，維持棕色脂肪組織產(chǎn)熱功能的關(guān)鍵作用。ACLY的缺失會(huì)引發(fā)TCA循環(huán)超負(fù)荷并激活整合應(yīng)激反應(yīng)，最終抑制產(chǎn)熱功能，而同時(shí)敲除Fasn和ACLY能夠激活替代代謝途徑，恢復(fù)正常產(chǎn)熱功能。這項(xiàng)研究為理解BAT中脂肪酸合成與氧化之間的復(fù)雜關(guān)系提供了新的見(jiàn)解。
