Nat Commun：科学家在脂肪细胞中发现一种能保护机体抵御能量过剩的关键机制

脂肪细胞能大量扩张从而容纳多余的能量储存并保护机体免于脂肪毒性的侵害，而脂肪细胞的可扩展性是人类诸如肥胖和脂肪营养不良（lipodystrophy）等疾病的核心，然而，关于脂肪细胞生物力学与这些疾病病因之间的关联，目前研究人员并不清楚。

近日，一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“Plasma membrane remodeling determines adipocyte expansion and mechanical adaptability”的研究报告中，来自西班牙马德里的国立心血管病研究中心等机构的科学家们通过研究在脂肪细胞中识别出了一种能促使细胞安全扩大从而储存能量的基本机制，这一过程或许就能避免组织损伤并保护机体免于脂肪分子（脂质）在不适当的地方积累所产生的毒性效应。

相关研究结果标志着科学家们在理解人类机体代谢性疾病上取得的重大进展，同时也有望帮助开发新型治疗性策略来对方与慢性能量过剩相关的疾病，比如过重、肥胖、脂肪营养不良、代谢综合征及其严重的心血管和代谢并发症。在以久坐不动方式和高热量饮食为特征的现代社会中，脂肪组织是机体代谢健康的关键决定因素，脂肪细胞能够扩大并以脂肪的形式来储存能量，并能防止过多的脂质在诸如肝脏或血管壁（尤其是心脏和大脑）中发生积累，从而就会造成无法弥补的损伤。

然而，这一过程并不是没有风险的，当脂肪细胞中的脂肪超载时就会发生破裂，并释放出有毒物质，且会产生炎症和代谢性改变。文章中，研究人员分析了脂肪细胞如何适应承受与其扩张从而容纳过量脂肪相关的机械压力，同时他们还分析了小窝（caveolae）的作用，小窝是细胞膜上的小凹痕，其能作为这些压力的传感器和减震器。

Y14F移除后的小泡动力学改变

研究者Maria Aboy Pardal博士表示，当脂肪细胞积累脂肪，而且其表面承受着更大的拉伸应力时，小泡就会变得扁平并释放出一层储存“层”，并能促使细胞在不破裂的情况下扩张，相反，当脂肪储备减少时，这些结构就会重新组合从而减少多余的膜并恢复细胞的稳定性。除了能在物理上保护脂肪细胞外，小泡还在协调细胞代谢方面发挥着重要作用，研究者解释道，在脂肪细胞扩张过程中，这些膜结构的分子组分会移动到其它细胞区室中，从而传递能调节代谢活性的信号来匹配能量储存的水平，这种内部交流的能力会促使小泡成为有效发挥功能的关键因素。

然而，当这些结构缺失或发生功能障碍时，脂肪细胞就会变得更加坚硬，且容易破裂，而且储存能量的效率也会降低，研究者补充道，其所带来的结果或许就是能损伤机体代谢健康的炎性反应，这种现象与诸如脂肪营养不良等疾病有关，脂肪营养不良是机体无法储存脂肪从而就会导致严重的代谢和心血管功能改变。研究人员强调了小泡蛋白caveolin-1 (Cav-1)的关键作用，为了能让小泡能对细胞膜的机械张力的波动产生反应从而发生正确地变平过程，Cav-1就必须通过在特定氨基酸上添加磷酸基团来发生化学改变，这一过程称之为磷酸化修饰。

这项研究中，研究人员开发了一种特殊的转基因小鼠，其能表达无法被磷酸化修饰的遗传改变版本的Cav-1，这或许就会使得脂肪细胞无法应对脂质积累所产生的机械张力从而正确扩张，并会严重限制储存能量和维持细胞完整性的能力，而这种简单机制的失败最终则会导致脂肪营养不良及其严重后果的发生。

本文研究结果或能帮助研究人员更好地理解脂肪组织如何对与能量过剩相关的机械力产生反应，在肥胖和代谢综合征的状况下，这种保护性的机制对于尽可能减少有机体的损伤至关重要。综上，本文研究结果表明，Cav1的磷酸化调控调节小泡的动力学或能作为分化脂肪细胞稳态机械适应性的一个关键组分。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Aboy-Pardal, M.C.M., Guadamillas, M.C., Guerrero, C.R. et al. Plasma membrane remodeling determines adipocyte expansion and mechanical adaptability. Nat Commun 15, 10102 (2024). doi：10.1038/s41467-024-54224-y