hLife Article | 线粒体炫信号与棕色脂肪细胞产热
论文亮点
本文发现棕色脂肪细胞中的量子化线粒体信号事件—线粒体炫（mitochondrial flash）能够响应产热刺激，在适应性产热过程中发挥重要作用。
文章信息
2024年3月2日，北京大学未来技术学院程和平院士与王显花教授研究团队于hLife上在线发表了题为“Mitochondrial flashes are interlinked with adaptive thermogenesis in brown adipocytes”的文章。研究展示了量子化线粒体信号事件—线粒体炫在适应性产热中的作用，发现哺乳动物关键产热细胞棕色脂肪细胞中存在活跃的线粒体炫信号事件，并且线粒体炫能够以频率依赖方式响应产热刺激，而解偶联蛋白1（UCP1）对于线粒体炫发生不发挥主要作用，提示线粒体炫可能是棕色脂肪细胞中一种新的产热机制。
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文章内容
哺乳动物的棕色脂肪细胞是一种特别的脂肪细胞，富含线粒体，其主要功能是通过线粒体呼吸与ATP合成的解偶联来实现适应性产热，是哺乳动物维持体温的重要机制，也在机体的能量代谢稳态平衡中发挥重要作用，是治疗肥胖和肥胖相关疾病的重要靶点。因此，揭示棕色脂肪细胞的产热机制对于干预机体能量代谢稳态失衡具有重要意义。研究者前期研究发现了一种量子化的线粒体信号，即线粒体炫（mitochondrial flash），它是单个线粒体水平的线粒体动态信号，含有多种信号，包括线粒体膜电位瞬时去极化、基质瞬时碱化、超氧瞬时爆发、电子供体的瞬时耗竭等。从能量代谢角度，线粒体炫是一种瞬时的线粒体氧化磷酸化的解偶联事件，但它是否参与细胞产热有待研究。基于此，研究者探讨了线粒体炫在棕色脂肪细胞这一关键产热细胞中的作用。
研究者利用多种荧光探针（pH探针、膜电势探针、超氧探针），在分离棕色脂肪组织线粒体、培养的棕色脂肪细胞和完整棕色脂肪组织多个水平检测了线粒体炫事件，发现棕色脂肪细胞线粒体中存在活跃的线粒体炫事件，并且线粒体炫包含多种信号。为了探究线粒体炫在棕色脂肪细胞产热中的作用，研究者分析了线粒体炫信号在β3-肾上腺素能受体激动剂刺激棕色脂肪细胞产热后的动力学变化，发现线粒体炫频率明显增加，而其他动力学参数变化不大，表明线粒体炫主要以频率依赖方式响应棕色脂肪细胞的适应性产热（图1）。研究者还利用解偶联蛋白1（UCP1）基因敲除小鼠模型探究了UCP1蛋白在线粒体炫产生中的作用，发现UCP1缺失基本不影响线粒体炫响应棕色脂肪细胞的产热刺激，提示线粒体炫信号可能是一种新的产热机制。
图1 小鼠棕色脂肪细胞中线粒体炫对产热刺激产生频率依赖性响应
综上，这项研究探究了线粒体炫信号在棕色脂肪细胞中适应性产热中的作用，该研究不仅丰富了对线粒体炫信号生理意义的认识，也揭示了棕色脂肪细胞适应性产热的新机制，为激活棕色脂肪产热、增加机体能量消耗提供了新思路。
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作者简介
陈心语 博士生
第一作者
机构：北京大学前沿交叉学科研究院
研究方向：线粒体炫的功能与调控
巴合提亚尔·胡瓦提别克 博士
第一作者
机构：北京大学前沿交叉学科研究院
研究方向：线粒体炫的功能与调控
宋雪娇 博士生
第一作者
机构：北京大学前沿交叉学科研究院
研究方向：线粒体质子通道
王显花研究员
通讯作者
机构：北京大学未来技术学院
研究方向：线粒体炫与线粒体保护
引用格式: Chen X, Bahetiyaer H, Song X, et al. Mitochondrial flashes are interlinked with adaptive thermogenesis in brown adipocytes. hLife.
https://doi.org/10.1016/j.hlife.2024.02.004.
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