短期冷刺激下的白色脂肪是如何代謝和調(diào)節(jié)的？
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脂質(zhì)代謝對生命活動和人類健康具有重要的意義，脂質(zhì)代謝紊亂和脂肪的過度沉積往往與肥胖、糖尿病、心血管疾病和癌癥等疾病的密切相關(guān)。而在動物生產(chǎn)中，脂質(zhì)代謝和脂肪沉積直接影響著動物的發(fā)育、生長、繁殖、生產(chǎn)及產(chǎn)品品質(zhì)。因此，解析脂質(zhì)代謝規(guī)律及其調(diào)控機制對促進人類健康，提高動物生產(chǎn)性能和產(chǎn)品品質(zhì)都具有重要的意義。
在人和哺乳動物體內(nèi)有三種脂肪細胞：白色（WAT）、棕色（BAT）和米色（Beige 或Brite）細胞。WAT主要分布在體內(nèi)皮下、肌內(nèi)和內(nèi)臟周圍，是能量儲存的場所，過多的白色脂肪組織就會導致超重和肥胖；BAT主要分布在嚙齒動物、冬眠哺乳動物以及人和幼體動物的肩胛骨間、頸背部和腋部，BAT含有大量線粒體和解偶聯(lián)蛋白1 (UCP1)，具有燃燒脂肪和產(chǎn)熱的功能[1]。Beige細胞存在于WAT中，與經(jīng)典的BAT細胞相似，Beige也含有較多的線粒體和UCP1，可以燃燒脂肪來產(chǎn)生熱量[2]。因此，激活BAT或Beige都可以調(diào)控脂質(zhì)代謝，被認為是治療肥胖及其相關(guān)代謝綜合征的一種可能途徑。
冷刺激是一種普遍存在的環(huán)境應激，可以刺激誘導WAT發(fā)生棕色化（browning）和Beige形成，在此過程中，脂質(zhì)代謝及相關(guān)調(diào)節(jié)通路是如何變化的已引起了許多學者的關(guān)注。已有研究發(fā)現(xiàn)，小鼠和人類棕色和白色脂肪在激活產(chǎn)熱過程中，一些特異性脂質(zhì)水平和基因表達水平都存在顯著差異[3-5]。
研究發(fā)現(xiàn)短期冷刺激處理后小鼠iWAT中檢測到1473種差異脂質(zhì)，包括635種甘油三酯、171種磷脂酰膽堿和141種磷脂酰乙醇胺等。不同脂類的組成和含量發(fā)生顯著變化，尤其是甘油磷脂和鞘磷脂的含量。雖然甘油三酯類的總量變化不明顯，但是一大部分甘油三酯亞類發(fā)生了顯著變化（圖1）。
圖1 冷刺激對iWAT脂質(zhì)組成和分布的影響。
轉(zhuǎn)錄組學研究發(fā)現(xiàn)這些脂質(zhì)水平的變化伴隨著基因轉(zhuǎn)錄水平及脂質(zhì)代謝相關(guān)信號通路的變化。冷刺激處理后iWAT中產(chǎn)熱相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄水平顯著升高。對所有冷刺激誘導的差異表達基因進行KEGG富集分析研究發(fā)現(xiàn)脂肪酸代謝、脂肪酸延長以及甘油三酯合成、鞘磷脂合成和甘油磷脂合成通路發(fā)現(xiàn)顯著變化。
圖2 短期冷刺激誘導脂質(zhì)代謝相關(guān)基因變化。
該研究還對甘油三酯亞類的脂肪酸?；M行了進一步分析。發(fā)現(xiàn)甘油三酯中大部分短鏈脂肪酰鏈沒有顯著變化，而大部分超長脂肪酰鏈在冷刺激處理后顯著升高，其中包括超長飽和脂肪酰鏈(C24:0、C26:0、C28:0)，超長單不飽和脂肪?；?span style="font-size: 16px; color: rgb(127, 127, 127);">(C26:1、C28:1)和多不飽和脂肪?；?span style="font-size: 16px; color: rgb(127, 127, 127);">(C24:2)，以及超長鏈奇數(shù)脂肪?；?span style="font-size: 16px; color: rgb(127, 127, 127);">(C25:0、C27:0、C27:1)。據(jù)報道，甘油三酯脂肪?；湹奶紨?shù)和雙鍵含量與心血管疾病(CVD)和2型糖尿病(T2D)的患病風險有關(guān)。該研究發(fā)現(xiàn)冷刺激處理后的iWAT中含有相對較低的雙鍵數(shù)量和較高的?；溙紨?shù)的甘油三酯種類水平升高，這可能對預防或治療CVD 和T2D有好處。已有研究發(fā)現(xiàn)在長壽蠕蟲和長壽人類的子代中有較高的MUFA/PUFA比值，較高的PUFA水平可能是有害的[6]。該研究發(fā)現(xiàn)冷刺激降低了甘油三酯類脂肪?；溨蠵UFA的百分比，不影響SFA或MUFA的百分比，MUFA/PUFA的比值在冷刺激后顯著升高。
最近的研究表明，脂質(zhì)代謝與健康、衰老和代謝性疾病直接相關(guān)，并且有多種脂質(zhì)在改善健康、延長壽命的干預措施中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。該研究通過與已有發(fā)表的肥胖、糖尿病以及阿爾茨海默癥疾病的轉(zhuǎn)錄組和脂質(zhì)組數(shù)據(jù)聯(lián)合分析，揭示了白色脂肪棕色化與這些代謝性及衰老相關(guān)疾病的聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)冷刺激對脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的影響和飲食控制方法以及糖尿病治療藥物具有正相關(guān)性。一些在糖尿病模型和衰老模型中顯著變化的脂質(zhì)，在冷刺激模型中有著相反的變化趨勢。
該研究揭示了短期冷刺激處理下iWAT中脂質(zhì)代謝及相關(guān)信號通路的變化，并且發(fā)現(xiàn)一些特定的脂質(zhì)可能與肥胖和糖尿病等代謝疾病相關(guān)。對今后調(diào)控人類脂質(zhì)代謝和健康提供重要的理論依據(jù)，同時，也為通過調(diào)控動物脂質(zhì)代謝和脂質(zhì)組成改善動物生產(chǎn)性能和動物產(chǎn)品生產(chǎn)提供一定的借鑒。
上述研究成果已于近日在BMC Biology 上在線發(fā)表，題目為“Cold-induced lipid dynamics and transcriptional programs in white adipose tissue”。
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注：本文轉(zhuǎn)載自公眾號 BMC 期刊。
