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性别与器官特异性ACSS2功能研究揭示肝脏与心脏代谢重塑及性差异。
亚历克西斯·M·温特斯（Alexis M. Winters）|杰西卡·沃尔夫哈特（Jessica Wohlfahrt）|蒂亚拉·沃尔夫（Tiara Wolf）|安基塔·萨克尔（Ankita Sarkar）|苏拉杰·J·帕特尔（Suraj J. Patel）|詹妮弗·格尔格斯（Jennifer Guergues）|布兰特·R·伯克哈特（Brant R. Burkhardt）|斯坦利·M·史蒂文斯（Stanley M. Stevens）
美国南佛罗里达大学分子生物科学系，东福勒大道4202号，坦帕，FL 33620
摘要
ACSS2催化乙酸转化为乙酰辅酶A（acetyl-CoA），将营养物质的可用性与细胞过程（如脂质生物合成、能量产生和表观遗传调控）联系起来。尽管在代谢压力条件下对ACSS2进行了研究，但其基本的性别和组织特异性功能仍不明确。在这里，我们通过对成年雄性和雌性小鼠的肝脏和心脏进行全面的蛋白质组学分析，研究了全局ACSS2缺失的影响。每个组织中鉴定了超过6000种蛋白质，实现了深度的蛋白质组学覆盖。尽管肝脏中的ACSS2基线丰度较高，但心脏中的重塑最为显著。两种组织都表现出明显的性别差异，雄性显示出更大的蛋白质组学变化，而雄性和雌性之间差异表达的蛋白质重叠较少。跨组织的共同改变集中在代谢和免疫调控方面，而性别特异性的变化则涉及不同的结构和信号通路。相比之下，肝脏中的变化较为温和，这可能反映了肝脏中的补偿机制，而心脏中的变化则表现出强烈的抑制作用。这些发现揭示了ACSS2在调控中的组织和性别特异性，同时也强调了在蛋白质组学研究中纳入雌性小鼠的重要性，因为仅使用雄性小鼠的方法可能会忽略关键的性别依赖性适应。
引言
乙酸是细胞代谢动态的关键调节因子。作为乙酰辅酶A的前体，乙酸影响细胞能量产生，调节组蛋白乙酰化，并参与脂质生物合成，从而凸显了其在代谢和表观遗传调控中的核心作用[1,2]。虽然ATP柠檬酸裂解酶（ACLY）和丙酮酸脱氢酶复合体（PDC）在营养丰富和氧气充足的条件下可以从柠檬酸和丙酮酸生成乙酰辅酶A[3],[4],[5]，但酰基辅酶A合成酶短链家族成员2（ACSS2）通过将乙酸转化为乙酰辅酶A提供了另一种途径。与PDC和ACLY不同，ACSS2被证明在缺氧和低葡萄糖条件下也能发挥作用，这些条件通常与细胞应激和病理相关[1,6]。
ACSS2已成为一个潜在的治疗靶点，特别是在肿瘤学领域[6]，包括其在临床试验中的研究（例如MTB-9655），这突显了进一步定义其除脂质代谢之外更广泛调控功能的必要性[7]。通过其在乙酸代谢中的独特作用，ACSS2参与了多种生物过程，包括脂质稳态[8,9]、溶酶体生物发生[10,11]、记忆和学习[12],[13],[14],[15]以及癌症病理[17],[18],[19],[20]。值得注意的是，ACSS2在脂质合成组织（如肝脏、大脑和脂肪组织）中含量丰富[8]。支持这一点的证据是，ACSS2缺陷小鼠表现出脂生成蛋白表达减少，甘油三酯积累降低，并且在高脂肪饮食暴露下能够防止肝脏脂肪变性[9]，这表明该酶在协调脂质代谢中的基本作用。
最近的研究还揭示了ACSS2在脂质代谢之外的更广泛调控功能。一项关键进展是发现，在营养压力条件下，ACSS2会转移到细胞核中，并与转录因子EB（TFEB）直接相互作用，促进自噬和溶酶体生物发生[9]。在Saccharomyces cerevisiae中的互补发现表明，ACSS2参与从组蛋白去乙酰化产生的乙酸的再循环，从而生成核内的乙酰辅酶A，直接影响染色质乙酰化和转录调控[21]。基于这些机制见解，对ACSS2缺陷雄性小鼠的最新转录组分析显示，在基线状态下其对组织特异性调控有更广泛的影响[22]，表明ACSS2在脂质代谢和表观遗传调控之外的作用尚未明确。
尽管最近对雄性小鼠的转录组分析提供了新的见解，但ACSS2缺失对基础蛋白质组的影响仍不完全清楚，尤其是在性别差异方面。虽然转录组学提供了关于基因调控的宝贵信息，但蛋白质组学方法能更好地捕捉功能结果，提供由ACSS2驱动的组织和性别特异性调控机制的清晰视图。在这里，我们对雄性和雌性ACSS2敲除（KO）小鼠以及年龄匹配的野生型（WT）对照组的肝脏和心脏进行了深度蛋白质组学分析，以评估基础蛋白质组的差异，并探索全局ACSS2缺失背景下的性别差异。肝脏是主要的解毒和脂质代谢场所，而心脏则依赖脂肪酸氧化来维持高能量需求，这两个组织为理解ACSS2在不同组织类型中的功能提供了互补模型[9,23]。本研究通过提供ACSS2缺陷雌性小鼠的首次蛋白质组学特征分析，扩展了转录组学发现。我们的分析显示组织间蛋白质重叠极少，且性别特异性的蛋白质特征明显，进一步证实了ACSS2的高度组织依赖性调控作用。这些发现共同揭示了ACSS2塑造的组织和性别特异性蛋白质组景观的新见解，从而更深入地理解了其在心脏和肝脏中的代谢调控作用。
动物与繁殖
动物与繁殖
我们从杰克逊实验室（Jackson Laboratories, Bar Harbor, ME）获得了杂合ACSS2tm1Reh/J小鼠，用于在南佛罗里达大学动物设施中建立菌群。通过单配偶杂合繁殖方案扩增菌群，产生了ACSS2 KO和WT同窝对照小鼠，因为发现ACSS2 KO小鼠无法繁殖。通过从2毫米耳廓活检中提取的DNA进行qRT-PCR分析验证了基因型（Transnetyx, Cordova, TN）。在设施内，小鼠被
ACSS家族成员在心脏和肝脏中的基础表达
为了了解酰基辅酶A合成酶短链家族成员2（ACSS2）在两种组织类型中的基础作用，我们对成年（8-10周龄）雄性和雌性野生型（WT）或ACSS2敲除（KO）小鼠（n = 6）的肝脏和心脏裂解物进行了深度蛋白质组学分析。在肝脏中鉴定出总共6510 ± 61种蛋白质和64,601 ± 1460种前体；在心脏中鉴定出6811 ± 87种蛋白质和83,409 ± 1234种前体（数据来自DIA-NN）
结论
利用基于深度蛋白质组学的表型分析，本研究首次全面描述了雄性和雌性小鼠中ACSS2缺失的情况，特别是对雌性ACSS2 KO动物的研究，这是之前尚未在蛋白质组学水平上进行的。我们的发现表明，ACSS2缺乏会导致肝脏和心脏蛋白质组的组织特异性重塑，且具有明显的性别依赖性特征。在肝脏中，雄性表现出更强的促炎和代谢变化
意义
在基础条件下，ACSS2的缺失会导致高度组织和性别特异性的蛋白质组变化，揭示了ACSS2的功能调控作用超出了已知的应激诱导和脂生成途径。这项研究首次对雄性和雌性小鼠中的ACSS2缺乏进行了全蛋白质组的评估，解决了将性别作为受ACSS2影响的代谢调控生物学变量的关键空白。通过揭示不同的肝脏和心脏重塑特征，
CRediT作者贡献声明
亚历克西斯·M·温特斯（Alexis M. Winters）：撰写——原始草稿、可视化、验证、调查、正式分析、概念化。杰西卡·沃尔夫哈特（Jessica Wohlfahrt）：调查。蒂亚拉·沃尔夫（Tiara Wolf）：撰写——审阅与编辑、调查。安基塔·萨克尔（Ankita Sarkar）：调查、正式分析。苏拉杰·J·帕特尔（Suraj J. Patel）：撰写——审阅与编辑、监督、调查。詹妮弗·格尔格斯（Jennifer Guergues）：撰写——审阅与编辑、正式分析、数据管理。布兰特·R·伯克哈特（Brant R. Burkhardt）：撰写——审阅与编辑、监督。斯坦利·M·史蒂文斯（Stanley M. Stevens）：撰写
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。本研究未涉及任何可能被视为潜在利益冲突的商业或财务关系。
致谢
本研究中的数据可视化和图形输出得益于Biorender以及R包ggplot2、ggpattern、ggrepel和eulerr的贡献，我们对此表示感谢。
