Adv Sci︱潘东宁团队揭示线粒体蛋白IFI27整合琥珀酸和脂肪酸氧化促进脂肪细胞产热

       棕色脂肪组织（BAT）是体内主要的产热器官，在机体能量代谢调控中发挥着重要作用。调控棕色脂肪功能、促进棕色脂肪产热是治疗代谢性疾病的潜在重要手段之一。线粒体是控制能量代谢和生物合成的重要细胞器。在冷应激条件下，线粒体的代谢适应能力对脂肪细胞产热至关重要，然而棕色脂肪细胞在冷诱导的氧化应激挑战下如何保持线粒体功能激活尚未得到完全阐明。

       2023年8月7日，复旦大学代谢分子医学教育部重点实验室/基础医学院生物化学与分子生物学系潘东宁团队在Advanced Science上在线发表了题为IFI27 integrates succinate and fatty acid oxidation to promote adipocyte thermogenic adaption的研究论文。该研究揭示了线粒体蛋白IFI27在维持正常嵴形态中发挥重要作用，它通过保持完整的琥珀酸脱氢酶功能以及活跃的脂肪酸氧化来促进棕色脂肪细胞的产热。

       作者团队前期通过RNA-seq技术鉴定到Ifi27 （interferon alpha inducible protein 27）相对富集表达于小鼠BAT中，IFI27属于干扰素诱导蛋白12家族成员，前人的研究集中于该家族成员在病毒免疫过程中的作用，而其在脂肪组织中的作用尚无报道。作者团队的既往研究初步确定IFI27定位于棕色脂肪细胞的线粒体中，同时发现敲低Ifi27的棕色脂肪细胞的线粒体功能基因表达水平下降。然而以上结论尚缺乏体内研究证据支持，其作用机制更待解析。为此，该研究首先通过蛋白免疫印迹实验发现冷暴露和β3肾上腺素受体激动剂CL316,243的处理可以增加小鼠BAT中IFI27蛋白水平，另外通过IFI27-APEX2催化的还原反应并结合透射电镜，揭示IFI27蛋白主要定位于线粒体基质中。为了确认IFI27在体内BAT的功能，该研究采用Cre-LoxP系统构建了在脂肪组织中特异性敲除Ifi27的小鼠（AKO）。相比野生型小鼠（WT），AKO小鼠表现出冷不耐受以及全身能量消耗降低的表型，其BAT中线粒体肿胀、嵴大量缺失和氧耗能力下降。

       考虑到IFI27作为线粒体基质蛋白可能参与到多种线粒体代谢途径，该研究利用靶向代谢组学分析发现AKO小鼠BAT中琥珀酸出现异常累积，同时AKO小鼠BAT中琥珀酸脱氢酶（succinate dehydrogenase，SDH）水平以及酶活性显著降低，这提示IFI27的缺失抑制了SDH的功能。SDH由4个亚基组成，并作为电子传递链（electron transport chain，ETC）复合体Ⅱ参与线粒体内的生物氧化。该研究进一步通过免疫共沉淀-蛋白质谱（coIP-MS）、pull down以及蛋白稳定性实验，证实了IFI27可以特异地结合SDHB（succinate dehydrogenase complex iron sulfur subunit B）并促进SDHB与其分子伴侣TRAP1（TNF receptor associated protein 1）的连接，从而参与调节SDHB在线粒体基质内的稳定性，尤其是在产热激活伴随着线粒体氧化应激的环境下，IFI27在保护SDHB免受氧化损伤引发的降解过程中扮演了重要角色。

       免疫共沉淀-蛋白质谱结果还显示线粒体基质蛋白HADHA（Hydroxyacyl-CoA dehydrogenase subunit α）亦可与IFI27相互作用。HADHA作为三功能酶复合体亚基催化了发生于线粒体基质的脂肪酸β-氧化中的水合与脱氢反应。IFI27的缺失虽不影响HADHA蛋白水平，但降低其酶活性，进而直接导致脂肪酸氧化功能受损，这成为AKO小鼠出现产热缺陷和氧耗降低表型的另一分子机制。

线粒体IFI27蛋白维持棕色脂肪细胞产热的机制模式图（图片已获BioRender授权）

       总结来说，IFI27是线粒体代谢和适应性产热的一种新的调节因子。一方面它能够靶向调节SDHB稳定性从而维持琥珀酸脱氢酶正常功能，另一方面它直接结合脂肪酸β-氧化酶HADHA而保持其活性，IFI27的存在保证了棕色脂肪细胞内三羧酸循环和脂肪酸氧化正常运行，从而维持适应性产热。

       作者信息：复旦大学基础医学院2020级博士生崔轩为本文的第一作者，复旦大学基础医学院潘东宁研究员为本文的通讯作者。复旦大学为第一作者单位。

       原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202301855