二十二碳六烯酸(DHA)通过PPARα-ACSL4轴促进草鱼(Ctenopharyngodon idellus)脂肪细胞中的脂质滴与线粒体的耦合,从而增强脂质利用

《Food Research International》:Docosahexaenoic acid (DHA) enhances lipid utilization in adipocytes through PPARα-ACSL4 axis-promoted lipid droplets-mitochondrial coupling in grass carp ( Ctenopharyngodon idellus)

【字体: 时间:2026年01月27日 来源:Food Research International 8

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  DHA通过增强脂滴与线粒体的相互作用抑制草鱼脂肪细胞脂质积累,其机制涉及PPARα依赖的ACSL4转录调控。摘要:DHA激活PPARα促进ACSL4表达,增强脂滴与线粒体连接,促进脂解和脂肪酸β氧化,减少脂肪堆积。

  
薛荣荣|贾路瑶|魏明奎|李汉东|孙健|赵涛|纪洪
西北农林科技大学动物科学与技术学院,陕西省杨陵市712100,中国

摘要

肥胖是一个全球性的健康危机,而脂肪细胞中的脂滴(LDs)与线粒体(MT)在缓解肥胖及其并发症方面起着关键作用。虽然二十二碳六烯酸(DHA)被认为可以减少脂肪组织中的脂质积累,但LDs与MT相互作用在这一过程中的具体作用仍不清楚。因此,本研究旨在阐明DHA介导的脂肪细胞中脂质积累抑制过程中LDs与MT相互作用的功能作用及其潜在的分子机制。我们的结果表明,DHA能够增强脂解作用和线粒体β-氧化,并加强LDs与MT之间的相互作用。蛋白质组学分析发现,线粒体蛋白长链酰基辅酶A合成酶4(ACSL4)是这一过程中的关键因素。抑制ACSL4会减少DHA诱导的LDs与MT的耦合以及脂肪酸的转移。此外,我们还发现过氧化物酶体增殖激活受体α(PPARα)调节ACSL4的转录。抑制PPARα会破坏ACSL4在LDs上的定位,从而削弱LDs与MT的相互作用,降低脂肪酸的运输、脂解作用和β-氧化。总体而言,DHA通过促进PPARα依赖性的ACSL4转录来增强LDs与MT的相互作用。这些发现为DHA在调节脂质代谢中的作用提供了新的见解,并为治疗肥胖提供了新的策略方向。

引言

肥胖是由于脊椎动物长期营养过剩导致的,伴随其出现的代谢紊乱已成为一个日益紧迫的全球性健康问题(Kivim?ki等人,2022年)。其特征是当能量摄入超过消耗时,脂肪组织中的脂滴(LDs)中甘油三酯(TG)过度积累,导致LDs的数量和大小增加(Li等人,2012年;Sun, Li, Wang, Ma, & Hou,2023年;Cani和Van Hul,2024年)。脂滴是细胞内的细胞器,其特点是具有由脂滴相关蛋白修饰的磷脂单层,内部由TG和胆固醇酯组成的疏水核心(Farese和Walther,2009年)。除了储存脂质外,脂滴还具有代谢活性和动态性,在调节全身脂质代谢和维持能量稳态方面发挥着关键作用(Xie等人,2022年;Xu, Zhang, & Liu,2018年)。了解脂滴功能的调节机制对于研究脂质代谢紊乱至关重要。
脂滴通过调节脂质的合成、动员和氧化来应对营养状态的波动(Renne和Hariri,2021年)。此外,它们还能与线粒体(MT)和内质网等细胞器进行动态相互作用,这些细胞器在调节细胞内脂质代谢中起着关键作用(Xu等人,2018年;Renne和Hariri,2021年)。早期的电子显微镜研究表明,白色脂肪细胞中的脂滴与其他细胞器(尤其是MT)之间存在频繁的相互作用(Blanchette-Mackie等人,1995年;Cinti,2018年;Freyre, Rauher, Ejsing, & Klemm,2019年)。作为脂肪酸β-氧化的主要细胞器,MT在脂质代谢中起着关键作用(Fan和Tan,2024年)。脂滴中的TG被水解成脂肪酸(FAs),随后被运输到MT中用于ATP的产生,从而为细胞提供能量(Wang, Liu等人,2021年;Renne和Hariri,2021年)。最近的研究表明,脂滴通过专门的膜接触位点(MCSs)与线粒体物理结合,这有助于高效的脂质运输并增强脂肪酸的β-氧化(Scorrano等人,2019年;Wang, Fang等人,2021年)。这种相互作用不仅减轻了过量游离脂肪酸引起的脂毒性,还促进了脂质交换并维持了细胞能量稳态(Bosch, Parton, & Pol,2020年;Xie等人,2022年)。此外,这些相互作用由特定蛋白质动态调节,以保持其功能性和稳定性(Kien等人,2022年;Wang, Lai, Luo, Feng, & Song,2024年)。表面蛋白perilipin 5(PLIN5)在棕色脂肪细胞和肌肉细胞中介导脂滴与MT的连接,并促进脂肪酸的转移以进行β-氧化(Benador等人,2018年;Miner等人,2023年)。同样,线粒体融合蛋白mitofusin 2(MFN2)有助于建立脂滴与MT的接触,并调节肝细胞和棕色脂肪细胞中的线粒体动态(Boutant等人,2017年;Wang等人,2024年)。MIGA2是一种线粒体外膜蛋白,在白色脂肪细胞早期分化过程中连接MT、内质网和脂滴(Freyre等人,2019年)。最近的研究表明,白色脂肪细胞也可能表现出类似于棕色脂肪细胞的功能,即脂滴与MT相互作用以促进脂肪酸氧化并减少脂质积累(Benador等人,2018年;Xie等人,2022年)。然而,白色脂肪细胞中这种相互作用的分子机制仍不清楚。
二十二碳六烯酸(C22:6n-3,DHA)是一种n-3长链多不饱和脂肪酸(LC-PUFA),作为一种生物活性营养素,它可以抑制脂质积累,支持神经元活动,维持视网膜完整性,并减轻炎症(Huang, Bian, Ji, Ji, & Sun,2023年;Lin等人,2023年;Tabilo等人,2025年)。DHA可以通过肝脏和大脑中的Δ6-去饱和酶、Δ5-去饱和酶和延长酶催化的α-亚麻酸(ALA)的脱饱和和延长反应获得(Beyer, Videla, Farías, & Valenzuela,2023年;Takic, Pokimica, Petrovic-Oggiano, & Popovic,2022年;Valenzuela等人,2024年;Valenzuela等人,2025年)。先前的研究表明,DHA可以增强脂肪细胞中脂肪甘油三酯脂肪酶(ATGL)和激素敏感性脂肪酶(HSL)的表达,从而促进脂肪细胞的脂解作用(Barber, Sinclair, & Cameron-Smith,2013年;Kim, Della-Fera, Lin, & Baile,2006年;Liu, Li, Huang, & Ji,2014年;Wang等人,2010年)。此外,DHA还可以促进脂肪细胞和肝细胞中的线粒体生物发生,增强脂肪酸的β-氧化,并抑制脂质生成,从而减少脂质积累(Flachs等人,2005年;Calder,2022年)。这些发现表明,LDs和MT在DHA抑制脂质积累的机制中发挥着关键作用。此外,LDs与MT的相互作用是脂质代谢中的关键调节枢纽,并受到脂肪酸、生物活性化合物和营养因素的调节。例如,棕榈酸(Eynaudi等人,2021年)、叶黄素(Xie等人,2022年)、芝麻酚(Yang, Liu等人,2025年)和乙酰胆碱(Wu等人,2021年)已被证明可以促进LDs与MT的连接,从而增强脂肪酸氧化并减轻脂毒性。因此,LDs与MT的相互作用可能在DHA对脂质积累的抑制作用中起着关键作用。然而,DHA对LDs与MT相互作用的调节作用及其潜在机制仍不明确,需要进一步研究。
草鱼(Ctenopharyngodon idellus)主要在腹部脂肪组织中储存脂质,这种模式与人类的脂肪储存方式非常相似(Schlumberger和Lucke,1948年;Oka等人,2010年;Bian等人,2024年;Wei等人,2024年)。这种相似性,加上鱼类和哺乳动物之间脂质代谢的保守性,突显了草鱼作为研究脂质代谢和脂肪沉积营养调节的有效模型的价值(Bian等人,2024年;Oka等人,2010年)。基于此,本研究旨在阐明DHA是否通过增强草鱼脂肪细胞中LDs与MT的相互作用来减轻脂质积累,并探索这一过程的分子机制。研究结果为DHA介导的细胞器间相互作用提供了新的见解,有助于更深入地理解脊椎动物的脂质调节。

实验部分

动物伦理

所有实验程序均遵循《动物福利伦理审查指南》的要求,并得到了西北农林科技大学动物护理和使用委员会的批准。

体内实验

在实验1中,144条鱼(229.71±0.38克)被随机分配到三种含有0%、0.5%或1.0% DHA的饮食组,饮食配方和脂肪酸组成见表S1和S2(Ji, Xue, Zhou, Sun, & Ji,2025年)。在实验2中,180条鱼(32.14±0.03克)被随机分配到三种

DHA通过促进脂解作用和增强LDs与MT的相互作用来抑制脂质积累

与对照组相比,DHA 0.5组和DHA 1.0组的腹腔脂肪指数(IPFI)以及脂肪组织和血清中的TG和FFA水平均显著降低(图S2 A–B,图1A–C,P < 0.05)。各组之间的饲料摄入量没有显著差异(图S2C,P > 0.05)。此外,脂肪组织中的DHA水平呈剂量依赖性增加(表S5,P < 0.05)。组织学观察显示,DHA 0.5组和DHA 1.0组的脂肪细胞大小减小

讨论

大量研究支持LDs与MT在脂质代谢中的关键作用(Freyre等人,2019年;Cui和Liu,2020年;Wang等人,2024年)。虽然已经证明DHA可以减少草鱼脂肪组织中的脂质积累(Huang等人,2023年),但LDs与MT在这一过程中的相互作用机制仍不清楚。在本研究中,我们首次提供了证据,表明DHA通过激活PPARα来调节

结论

总之,我们的研究揭示了DHA在介导LDs与MT相互作用中的新作用。DHA通过激活PPARα来增强ACSL4的转录,从而促进草鱼脂肪细胞中LDs与MT的相互作用。这一过程将ATGL介导的脂解作用与CPT-1 A介导的线粒体脂肪酸β-氧化联系起来,促进了脂肪酸向MT的转移以进行β-氧化,减少了脂肪组织中的脂质积累。这些发现为DHA在脂质代谢中的作用提供了新的见解。

作者贡献声明

薛荣荣:撰写——原始草案、方法学、数据管理、概念化。贾路瑶:撰写——审阅与编辑、方法学、数据管理。魏明奎:撰写——审阅与编辑、方法学。李汉东:撰写——审阅与编辑、监督。孙健:撰写——审阅与编辑、监督。赵涛:撰写——审阅与编辑、监督。纪洪:撰写——审阅与编辑、监督、资源管理、项目管理、方法学、资金获取。

资金来源

本研究得到了国家自然科学基金(NSFC)(32473177)的财政支持。

未引用的参考文献

álvarez, Ortíz, Valdebenito等人,2023

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
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