Seipin调控脂肪组织脂质储积的机制研究

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脂肪组织是机体内脂肪代谢的核心,其功能出现异常会导致各类生理紊乱从而危及人类健康。脂肪组织的缺失被称为脂肪营养不良症。目前有四种单基因突变导致的先天性全身脂肪营养不良症被鉴定出来。其中由Seipin基因突变导致的二型是最严重的。Seipin基因从果蝇到人类都非常保守。它编码了一个内质网蛋白,早期研究表明其对脂肪组织的分化、脂代谢平衡以及脂滴的调控都很重要,但是具体的分子机制尚不清楚。  以果蝇为模式系统研究Seipin的分子功能,早期的实验数据显示Seipin在脂肪组织和非脂肪组织以组织自主性的方式调控脂肪的储积水平。针对果蝇幼虫的脂肪组织进一步的研究指出,Seipin与内质网的钙离子通道蛋白SERCA相互作用,共同维持了内质网和细胞质的钙离子平衡。细胞内钙离子稳态作为Seipin的下游调控了脂肪组织的脂肪储积。但是钙离子的平衡如何作用到代谢途径调控了脂肪的储积水平还没有被揭示。  本研究中,以蛋白质组、转录组和代谢组三个方面的组学分析联用遗传学分析的方法对上述问题进行深入探索。发现,在果蝇dSeipin突变体脂肪组织中,糖酵解代谢产物进入线粒体代谢的环节存在瓶颈,糖酵解途径的代谢物积累,而其下游的线粒体代谢活性明显下调。活性不足的线粒体代谢进一步导致脂肪合成的重要前体柠檬酸以及乙酰辅酶A的产量不足。而线粒体代谢活性受到线粒体钙离子水平的影响。Seipin/SERCA复合体调控的内质网钙离子是线粒体钙离子的重要来源,突变体脂肪组织的线粒体钙离子水平不足引起线粒体的功能障碍及其代谢活性的降低。用遗传手段恢复dSeipin突变体脂肪细胞的线粒体钙离子水平能够恢复细胞内柠檬酸和乙酰辅酶A的水平从而达到恢复脂肪储积的效果,食物添加丙酮酸或者柠檬酸也可以得到与之相同的效果。该研究揭示了Seipin通过钙离子依赖的线粒体代谢调控了脂肪组织的脂肪储积,此发现不仅为二型先天性全身脂肪营养不良症提供了潜在的治疗手段,而且对深入认识脂肪组织的脂肪代谢调控的分子机制有重要意义。
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