脂滴质量控制及其介导细胞器间通讯调控脂质稳态研究分析.docx

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脂滴质量控制及其介导细胞器间通讯调控脂质稳态研究分析脂滴（LD）是细胞内中性脂质的主要存储细胞器；作为一种较为保守的细胞器，LD与其他细胞器不同，表现出独特的拓扑结构，主要由外层多种磷脂构成的单层膜，以及该单层膜包裹的甘油三酯（TG）和胆固醇酯（CE）组成的疏水核心构成[1].LD表面磷脂膜能够富集大量蛋白，是调控LD结构和功能的重要靶分子，可随LD的生物发生和生长而经历不同的动态变化过程，包括LD的合成、分解、融合和分裂[2].LD结构和组成的多样性，表现出在某种程度上具有调节脂质-蛋白相互作用的功能．近年来，研究发现了LD越来越多的新功能：首先，LD可作为蛋白暂时驻存和周转，蛋白复合物组装甚至病毒组装的关键平台[3]；其次，LD可通过细胞器之间的膜接触位点（MCSs）参与多细胞器间通讯并介导细胞脂质稳态的调控[4]；再者，LD表面蛋白质组成作为控制其结构和功能的关键，可通过介导多细胞器分子机器中蛋白质间相互作用以及蛋白质翻译后修饰，调节蛋白质的质量控制，进而调控LD动态和功能依赖性的细胞功能及其活性．本文综述了LD相关细胞器质量控制及其介导多细胞器间通讯的研究进展，并探讨其在细胞内脂质代谢稳态和外源物诱导的脂毒性等调控机制方面的作用．1、LD质量控制及其调节LD作为高度活跃的细胞器，通过其组分的合成、分解，LD的分裂、融合及选择性自噬等过程，维持自身结构、动态和功能的完整性，以平衡细胞内LD的数量、大小和分布，保证整体细胞的脂质稳态．因此，与其他细胞器质量控制[5,6]类似，LD可表现出LD质量控制（LDQC）的生物学特性．研究表明，LDQC受各种动态变化的LD组分特别是表面调节蛋白的精细调控，主要包括围脂滴蛋白（PLIN）家族的5个成员PLIN1～PLIN5，以及细胞死亡诱导的DNA碎片化因子样效应蛋白（CIDE）家族A、B、C(CIDEA/B/C)[7]；并由此将LD与其他细胞器以及全细胞脂质稳态联系起来（图1).1.1LD组分的合成与LD生物发生LD生物发生的关键之一是中性脂质的合成，其中TG和CE的合成是LD形成的先决条件，影响到LD的形态和大小．在哺乳动物细胞中，主要由二酰基甘油酰基转移酶1和2(DGAT1/2）催化TG合成，由乙酰辅酶A胆固醇酰基转移酶1和2(ACAT1/2）完成CE合成．这些酶主要存在于内质网（ER）膜中，且ACAT1和DGAT2富集在线粒体关联性内质网膜（MAM）中，这也是目前支持LD发生起源于ER的直接证据之一[8]．由ER合成发生的LD，在专门用于脂肪储存的脂肪细胞中其直径可达100μm，而在其他细胞中一般为0.1～10μm[9].Choudhary等[10]发现脂肪沉积诱导性跨膜蛋白（FIT）对于促进新生LD从ER中出芽的过程是必需的；敲除或敲低酵母和高等真核生物中的FIT基因，导致LD驻留在ER膜中，会影响LD的出芽．ER膜上特定区域的TG和CE成核被认为是LD生物发生的位点，存在于ER双层膜之间[11]．随着中性脂质在LD发生位点的积累，LD开始膨大并形成“晶状体”样结构，进而在先天性全身脂肪营养不良2型（BSCL2）基因编码蛋白seipin等参与下，通过调节甘油-3-磷酸酰基转移酶而获取更多的磷脂成分，增大单层膜面积，新生LD[12,13]．此外，中性脂质的生成需要较低的双层膜张力．最近的研究数据表明，在磷脂酶A2(PLA2）作用下，人宫颈癌HeLa细胞可瞬时产生较高含量的溶血磷脂，能够导致双层膜张力降低，诱导LD的形成[14].图1LDQC参与外源因素诱导细胞转归调控示意图HCV：丙型肝炎病毒；FA：脂肪酸；ATGL：脂肪甘油三酯脂肪酶；HSL：激素敏感性脂肪酶；MGL：单酰基甘油脂肪酶；CGI-58：比较基因识别-58;DAG：二酰基甘油；MAG：单酰基甘油；MT：微管．1.2LD组分的动态分解及其脂自噬调控LD中的TG分解主要涉及LD上驻留的3种酶催化：首先，LD中的TG由表面的脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）经催化反应生成二酰基甘油（DAG）和一分子脂肪酸；然后，在LD中的激素敏感性脂肪酶（HSL）催化下，DAG转化为单酰基甘油（MAG）；最后，MAG经单酰基甘油脂肪酶（MGL）催化生成甘油和脂肪酸[15].LD表面的脂质与蛋白质相互作用，能够经LD表面蛋白质组分的动态变化进而调控水解酶（如ATGL）分解LD，形成脂肪酸，例如：Wang等[16]在PLIN5基因过表达的小鼠肝实质细胞AML12中，发现PLIN5可通过调节ATGL与比较基因识别-58(CGI-58）蛋白的相互作用及其脂解活性，抑制LD中的TG降解，并通过其C端最后20个氨基酸调控LD与线粒体之间的物理相互作用，促进脂肪酸合成TG，并减少线粒体对脂肪酸的利用；Listenberger等[17]在PLIN2基因过表达的人胚肾293细胞（该细胞中PLIN2水平很低）中发现PLIN2分布于细胞中LD表面，减少ATGL与LD的关联可导致细胞中的TG水平增加及代谢分解下降，提示PLIN2表达可通过减少部分水解酶与LD结合来减缓细胞中的TG分解．LD中的CE主要是经由中性胆固醇酯水解酶（nCEH）转化为游离胆固醇．Igarashi等[18]发现nCEH过表达促进CE水解，敲除nCEH基因可明显促进含有大量LD的泡沫细胞形成，验证了nCEH在维持细胞内LD动态平衡中的关键作用．白细胞介素33(IL-33）是最近发现的IL-1细胞因子家族的成员．Mclaren等[19]发现IL-33可以通过激活生长刺激表达基因2蛋白/核因子κB(NF-κB）信号通路，降低原代人单核细胞源性巨噬细胞中nCEH的mRNA水平，减少细胞内LD的生成．新近研究表明，选择性自噬，特别是脂自噬机制，在LD组分动态分解中发挥重要调控作用．Singh等[20]在RALA255-10G大鼠肝细胞中验证饥饿诱导的自噬有助于LD降解，提出了“脂自噬”．MartinezLopez等[21]研究表明，冷（4℃）刺激可诱导C57B6小鼠肝脏中自噬标志蛋白微管相关蛋白轻链3(LC3）与LD表面ATGL的相互作用，ATGL上的LC3相互作用区域（LIR）的苯丙氨酸型突变会破坏ATGL对TG的分解作用；然而，有助于自噬小体形成的标记物LC3-Ⅱ在LD上定位的增强可激活脂自噬的发生．另有研究发现，细胞中PLIN2过表达可保护LD免受宏自噬影响；PLIN2基因敲除小鼠中，自噬增强并消耗肝脏中的TG，导致LD减少[22]．此外，Irungbam等[23]发现降低PLIN2表达能够促进LC3-Ⅱ与溶酶体关联膜蛋白1(LAMP1）在LD表面共定位增加，诱导脂自噬的发生，缓解肝脂肪变性．分子伴侣介导的自噬（CMA）是一种选择性自噬，可通过降解LD相关蛋白促进LD中的中性脂质分解[24,25].Kaushik等[24]从饥饿48h的Wistar雄性大鼠肝脏中提取具有CMA活性的溶酶体，检测到溶酶体组分中PLIN2和PLIN3蛋白的表达减少，证实PLIN2和PLIN3是CMA的底物；在NIH3T3小鼠成纤维细胞中，油酸处理可导致热休克同源蛋白70(HSC70）通过五肽基序KFERQ与PLIN2相互作用，进而发现CMA的底物PLIN2经单磷酸腺苷活化蛋白激酶（AMPK）磷酸化形成p-PLIN2，并从LD表面转移到溶酶体上，促进ATGL对LD中的中性脂质分解[26]．上述研究结果表明脂自噬可靶向LD参与对脂质代谢的调控．1.3LD融合LD快速的聚结过程，称为LD融合，是LD生长的一种动态变化方式[27]．较小的LD融合形成较大直径的LD，该过程可引起LD结构和功能相关的LDQC动态变化，进而影响脂质代谢．Robenek等[28]在给予乙酰化低密度脂蛋白孵育24h的THP-1巨噬细胞中，利用冷冻断层电子显微镜观察到大量积聚LD的动态变化；图像分析表明一些大的LD可能是由多个较小的LD融合产生．另有研究表明，CIDEA/B/C是LD融合过程中的关键蛋白[29]，其中CIDEA和CIDEC（也称为Fsp27）是控制脂肪细胞中超大型LD形成的关键因素．与野生型和CIDEA、Fsp27单基因缺陷小鼠脂肪细胞中的LD（直径均>4.0μm）相比，CIDEA和Fsp27双基因缺陷小鼠脂肪细胞中的LD较小（直径<0.6μm），进一步减少了脂质的储存和积累，表明可以通过CIDE促进LD直径的增加而实现LD动态融合[30]．在采用瞬转过表达EGFP-Fsp27的小鼠胚胎成纤维细胞3T3-L1（又称脂肪前体细胞）中，Fsp27通过在LD之间的膜接触部位富集，促进中性脂质在LD之间的转运，从而促进LD融合[27,31]．在外源表达GFP-Fsp27的3T3-L1细胞中，PLIN1通过C端（第292～319位氨基酸）结构域与Fsp27的N端（第38～120位氨基酸）结构域相互作用，调控LD融合，介导LD数量减少和LD直径增加，通过调节LD形态介导LDQC[32,33].Rab鸟苷三磷酸水解酶（GTPases）是膜动力学和运输的重要调节剂之一．Wu等[34]发现在脂肪细胞中丝氨酸/苏氨酸激酶（又称蛋白激酶B,PKB/AKT）底物AS160作为Rab8aGTPase激活蛋白，能够通过形成AS160-Rab8a-Fsp27三元复合体促进LD融合；哺乳动物抑制因子Sec4(MSS4）作为Rab8a的鸟嘌呤核苷酸交换因子，可负向调控LD融合过程；由此提出了LD融合的Rab8a-Fsp27-AS160-MSS4调控通路．Qian等[35]发现脂肪组织中组蛋白去乙酰化酶6(HDAC6）能够降低组蛋白乙酰转移酶P300/CBP相关因子在K56位置对Fsp27的乙酰化修饰，从而降低其稳定性及促进LD融合和生长的活性；此外，脂肪酸可以通过破坏ER上Fsp27和HDAC6之间的相互作用而诱导Fsp27乙酰化，促进LD融合．1.4LD分裂Long等[36]通过延时成像共聚焦显微镜，观察到对数生长期的裂变酵母细胞中两个球形LD中间存在哑铃状LD中间体，提示在没有观察到LD融合的情况下（预先不存在两个彼此相邻的LD），这些中间体分裂成小LD的可能性更高；由此，将这种预先存在的LD分裂产生两个独立LD的过程定义为LD分裂．在哺乳动物细胞中也有类似的事件，如Marcinkiewicz等[37]发现在腺苷酸环化酶激活剂Forskolin和IBMX刺激的3T3-L1细胞中，由蛋白激酶A介导的PLIN1上第492位丝氨酸的磷酸化（p-PLIN1Ser492）能够促进LD分裂，观察到密集的小LD．研究表明LD分裂形成的微脂滴（mLD）是由脂质分解诱导的：Paar等[31]发现在含Forskolin(10μmol/L）的促脂质分解培养基中，3T3-L1细胞内LD中的中性脂质会迅速代谢形成脂肪酸，促进mLD迅速形成并散布于细胞质，表明LD组分中的脂质分解有利于促进LD分裂．Hashimoto等[38]发现在棕榈酸酯处理的3T3-L1细胞中，LD表面呈现大量CGI-58和ATGL共定位，促进LD中的TG转变成脂肪酸并产生mLD．可见LD分裂及LDQC的动态调控和LD组分的脂质分解有关．然而，目前判断LD处于融合还是分裂状态仍存在挑战．2、LD与多细胞器相互作用参与脂质稳态调控的效应LD除了单一细胞器本身的LDQC调节，还可通过与其他多个细胞器之间通讯参与细胞脂质稳态的调控．Valm等[39]通过荧光成像技术，追踪非洲绿猴（Chlorocebuspygerythrus）成纤维细胞中包括LD在内的6种不同细胞器之间的多样化接触及其频率和位置，结果表明每个细胞器在三维空间中具有独特的特征分布、分散方式和细胞器间的接触模式．Krahmer等[40]运用细胞器蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学技术，分析高脂饮食诱导的非酒精性脂肪肝病（NAFLD）小鼠肝细胞中的MCSs以及细胞器间的蛋白相互作用，发现LDQC中LD的生长伴随其表面扩张，并为具有疏水基团的蛋白提供结合位点，从而影响其与线粒体、ER、溶酶体等LD关联性细胞器的MCSs形成（图2），参与细胞脂质稳态的调控．2.1LD与ER的相互作用在ER生成LD的过程中，LD与ER之间可通过MCSs将ER中形成的TG等中性脂质掺入LD中[41,42].Wilfling等[42]的研究表明油酸处理的果蝇（Drosophila)S2胚胎细胞中，通过LD表面二磷酸腺苷-核糖基化因子1/衣壳蛋白Ⅰ蛋白复合物促进生成纳米级LD（直径约60nm），进一步通过降低LD表面磷脂成分磷脂酰胆碱和磷脂酰乙醇胺，减少磷脂层以促进LD发生融合、增加LD表面张力、促进与ER的多个MCSs形成，从而触发LD扩增．Salo等[43]发现seipin有助于将新形成的LD连接于ER，参与并稳定MCSs组成和接触，促进LD相关蛋白募集和中性脂质掺入生长的LD中；在CRISPR/Cas9敲除seipin的人表皮癌A431细胞和BSCL2患者（表现为seipin截短突变）中，出现ER与LD的MCSs完全缺失（没有直接接触的膜连续性），从ER到LD的中性脂质递送减少，并且伴随细胞中脂肪酸进入中性脂质合成途径减少而导致合成缺陷，产生少量的巨大LD和大量的小LD，而ER与LD的MCSs组成和接触的缺失导致BSCL2患者中几乎不存在脂肪组织．近期发现了ER与LD之间MCSs形成的新调控机制：Xu等[44]的研究结果显示Rab18招募ER相关蛋白NRZ(NAG、RINT1、ZW10）复合体，在LD表面与ER的可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感性融合蛋白附着蛋白受体（SNARE）复合体成员Stx1、Use1、BNIP1相互作用，介导ER与LD之间的MCSs形成，促进TG从ER向LD的运输；由此阐明了经Rab18-NRZ-SNARE通路建立MCSs接触以促进LD生长的关键蛋白分子机器．Li等[45]的研究结果显示油酸可诱导3T3-L1等细胞中LD的生成；ER定位的双重FYVE包含蛋白1(DFCP1）与Rab18-ZW10复合体相互作用，介导ER与LD之间的MCSs形成，从而调节LD大小；由此揭示了由DFCP1介导的ER与LD相互作用参与LDQC调控的LD早期形成过程．2.2LD与线粒体的相互作用LD和线粒体的MCSs在功能上参与线粒体的脂肪酸运输和β氧化．Jgerstr9m等[46]发现在油酸处理的NIH3T3成纤维细胞中，分布在细胞质的突触体相关蛋白23(SNAP23）可以介导LD与线粒体的膜接触．Strauss等[47]进一步在进行累进性运动试验的强壮男性受试者肌肉样本中，发现SNAP23与LD中的TG共定位，且LD与线粒体发生膜接触，并通过该MCSs促进LD中的中性脂质降解；产生的和衍生的脂肪酸进入邻近线粒体，进行β氧化产生能量，为探索SNAP23在久坐、肥胖和衰老个体中导致脂质代谢受损机制中的作用提供了线索．Wang等[16]在禁食Wistar大鼠的心肌细胞中，发现LD表面的PLIN5通过其C端最后20个氨基酸诱导线粒体与LD的膜接触，抑制LD中的中性脂质分解；并通过线粒体与LD的物理接触促进外源性棕榈酸合成TG，减少线粒体对脂肪酸的利用，导致细胞内脂毒性增加并造成脂质代谢紊乱．Boutant等[48]在高脂饮食的C57BL/6小鼠棕色脂肪组织中，发现线粒体融合蛋白2(Mfn2）与LD表面的PLIN1之间存在相互作用，并可介导线粒体与LD的膜接触，促进棕色脂肪组织中脂肪酸进入线粒体进行脂质氧化，以补充电子传递链并产生能量；在Mfn2基因敲除小鼠中表现为线粒体与LD相互作用减弱，导致线粒体β氧化下降和脂肪堆积增加，棕色脂肪组织产热下降．Benador等[49]从12周龄雄性C57BL6/J小鼠的肩部棕色脂肪组织中，分离出一种由具有更高呼吸酶复合物蛋白质组成的围LD线粒体（PDM）亚群，与LD有明显的膜接触，并存在电子致密结构；这些PDM表现为脂肪酸的β氧化水平降低而ATP合成能力增强，由此为LD积累和扩增提供足够的能量，直接证明了LD与线粒体的结构和功能关联在脂质稳态中的重要作用．正常细胞中的LD是无定形的，但在人动脉粥样硬化病变中LD呈现结晶结构；Mahamid等[50]通过低温电子断层扫描技术观察S-三苯甲基-L-半胱氨酸处理诱导有丝分裂阻滞的HeLa细胞，直接表征了LD与线粒体的MCSs（平均间隔约16nm）跨LD边缘约400nm，并通过CE增强推测该MCSs用于促进磷脂膜合成和用于线粒体呼吸的TG代谢产物脂肪酸的转运，进而影响LD结构相变．图2LD关联性细胞器MCSs介导细胞器间通讯调控示意图Lyso：溶酶体；Mito：线粒体；Lens：（脂滴发生）晶状体；Drp1：动力相关蛋白1;MFN1/2：线粒体融合蛋白1和2;TOM20：线粒体外膜转位酶20;OPA1：神经萎缩症蛋白1;CL：心磷脂．2.3LD与溶酶体的相互作用LD和溶酶体通常被认为是细胞脂质代谢中具有不同作用的细胞内区室，其中LD在合成代谢途径中通常作为脂质储库，溶酶体通过自噬等通路参与细胞内组分和脂质的分解代谢，两者的功能通讯调节细胞内的脂质稳态[51].Gomaraschi等[52]报道了一种溶酶体酸性脂肪酶（LAL），它能够将LD中的TG和CE分解成游离脂肪酸和游离胆固醇．Tsai等[22]研究表明PLIN2基因敲除的小鼠肝AML-12细胞中，LC3-Ⅱ显著增加，经LAL的自噬通路促进宏自噬增强并促进肝细胞中的TG降解，导致LD减少．Ras相关蛋白7(Rab7）是LD表面的主要蛋白之一，在LDQC和脂质稳态中能够促进脂自噬的发生[53,54]．人肝癌Huh7细胞在饥饿诱导条件下，LD表面的Rab7通过Rab7相互作用溶酶体蛋白（RILP）与微管动力蛋白复合物连接，介导LD与溶酶体之间形成膜间“突触”，促进LD和溶酶体之间的相互接触，进而促进脂自噬[55]．已有研究显示LD与溶酶体之间存在细胞器膜的物理接触；Lizaso等[56]采用慢病毒质粒转染敲低Rab7基因表达的3T3-L1细胞，发现经!2肾上腺素能受体-环磷酸腺苷（cAMP）通路导致靶向LD降解的溶酶体介导的脂自噬降低，验证了Rab7在溶酶体依赖性脂自噬中的作用及其对LDQC的调节．细胞内脂质的自噬性降解被认为是在饥饿条件或其他外源因素条件下脂质分解的形式[20,57].Wang等[58]采用刺芒柄花素（一种可改善高脂血症和肥胖症的天然异黄酮）喂养C57BL/6J小鼠和处理HepG2细胞，发现肝细胞中AMPK促进转录因子EB(TFEB）从胞质转位入核，诱导溶酶体生物发生；且LC3-Ⅱ和LAMP1的共定位增加，介导脂自噬作用，通过脂质分解抑制LD积累，改善肝细胞脂肪变性．Tuohetahuntila等[59]为了研究溶酶体对降解LD中的中性脂质的作用，采用特异性LAL抑制剂lalistat处理肝星状细胞，结果表明LAL可抑制溶酶体相关脂自噬，通过减少TG和CE等中性脂质的分解导致LD积累，减弱了肝星状细胞的激活，从而缓解肝纤维化的发展．3、外源因素经LDQC及其信号通路诱导脂毒性LD的结构（如直径大小、分布、位置等）及其相关蛋白组成等特性，可评价外源因素对LDQC和细胞脂质稳态的动态调控；环境因素的暴露，如能量供给（禁食或喂养）和诱导性损伤过程（病毒感染、脂肪性肝病等），可表现为LD的动态变化[27,60]．不同外源因素暴露经LDQC及其相关多细胞器通讯网络介导的细胞脂质稳态失调或脂毒性转归等的调控，目前成为研究脂肪肝、肥胖症和糖尿病、肝硬化等脂质代谢相关疾病的发病机制和靶向干预的新思路和方向．3.1酒精经LDQC和脂质稳态调节介导肝细胞毒性损伤酒精可以通过调控LD形成、融合或降解等过程诱导过量LD积聚，从而引起肝脏脂肪变性，造成酒精性脂肪肝病（AFLD)[61].Zhu等[62]发现酒精刺激可增强细胞色素P4501A2表达，抑制磷酸酯酶与张力蛋白同源物（PTEN）表达，诱导糖代谢相关的蛋白激酶B(PKB）和胆固醇调节元件结合蛋白-1c(SREBP-1c）过表达，从而通过PTEN/PKB/SREBP-1c途径参与肝细胞脂质代谢异常过程，促进AFLD的发生发展．Xu等[63]给C57BL/6N雄性小鼠长期（8周）喂养酒精，可使小鼠产生严重的AFLD和轻度肝纤维化；研究表明小鼠肝细胞中Fsp27基因表达经过氧化物酶体增殖剂激活受体γ（PPARγ）和cAMP应答元件结合蛋白H通路上调，LD增大，肝脏脂肪变性范围在20%～80%，并且诱导小鼠肝细胞中线粒体活性氧产生，使Bax易位至线粒体，引起细胞色素C释放信号介导细胞凋亡；进一步提取肝组织细胞内线粒体组分，检测到LD表面蛋白Fsp27的表达，提示LD与线粒体间的相互邻近可经LDQC调控细胞内脂质代谢紊乱介导的肝细胞毒性损伤．Gu等[64]研究发现敲低PLIN3基因表达可加剧酒精处理的AML12小鼠肝细胞ER中的TG蓄积，诱导蛋白激酶R样ER激酶（PERK）通路介导的ER应激和caspase信号依赖性细胞凋亡；进一步分析结果证实沿ER双层膜的胞质侧分布的PLIN3在LD表面聚集，并通过LD表面PLIN3和胞质的动力蛋白1中间链1共定位，介导从LD与ER间的MCSs新生成LD；酒精经细胞骨架破坏LD沿微管的运输，导致过量LD在胞质中积聚，LD组分TG在胞质中增加，诱导ER应激介导的细胞凋亡，最终导致酒精性肝损伤．LD生命周期中的动态移动主要依赖于微管．Groebner等[65]的研究表明，酒精暴露可促进肝癌来源的WIF-B杂交细胞株中微管蛋白被α-微管蛋白乙酰转移酶1高度乙酰化，促使沿微管运动的LD呈现静止状态，抑制LD融合及其与线粒体、溶酶体间的通讯，导致LD数量增多和体积增大，通过改变LD与微管的相互作用和LD运动改变LDQC，进而引起肝细胞脂质代谢紊乱，介导肝损伤的产生．Eid等[66]给予Wistar大鼠含5%（体积分数）乙醇的饮食（LieberDeCarli流质饮食）饲养10周，发现肝细胞表现出明显的脂肪变性；透射电镜进一步观察到肝细胞中存在大量的巨大LD（直径>2.0μm）而线粒体受损（分裂且形态异常）；LC3和LAMP2共分布于LD，验证了LD与溶酶体的相互作用能够在急性AFLD中减少脂质增加，由此缓解脂质蓄积在肝脏中介导的毒性损伤．在慢性AFLD中，LD与溶酶体相互作用的抑制可导致严重的肝损伤和肝细胞凋亡；给予C57BL/6N雄性小鼠含5%乙醇的Lieber-DeCarli流质饮食饲养10d，发现肝细胞中哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）向溶酶体转位分布增加，使溶酶体生成减少（核内TFEB水平降低），溶酶体依赖性脂自噬对LD的降解减少，加剧了LD积聚引起脂质代谢紊乱诱导的肝损伤，表明TFEB介导的溶酶体生物发生是抵抗酒精引起LD积聚的关键保护机制[67,68]．综上可见，LD的数量、形态、运动及其和其他细胞器间接或直接相互作用等参与酒精性肝损伤的动态调节过程（图1).3.2丙型肝炎病毒（HCV）感染经LDQC调节脂质稳态和损伤HCV属正链RNA病毒，其RNA共编码10种蛋白，包括核心蛋白、包膜蛋白1/2、非结构蛋白5A(NS5A）等，共同参与HCV颗粒的生成和嗜肝性感染诱导的病毒性肝炎及肝损伤．HCV感染的病理特征之一为导致脂肪变性的肝细胞中LD积累，且成为肝硬化发展和肝致癌作用的重要危险因素[69].Meng等[70]研究发现NS5A可在体内和体外抑制AMPK磷酸化，并增加SREBP-1c、乙酰辅酶A羧化酶1和脂肪酸合成酶（FAS）的表达水平，诱导细胞内经ER生成LD;AMPK药理激活可改善NS5A诱导的肝脂质蓄积，提示NS5A通过AMPK/SREBP-1c活化途径诱导ER与LD的相互作用而介导肝脂质蓄积．Piodi等[71]研究了HCV不同基因型核心序列诱导的肝细胞内LD形态变化及其与脂肪变性的关系，发现HCV基因型3a转染的Huh7细胞中，核心蛋白在细胞内LD表面分布且LD中包含更多的中性脂质（TG等），表明HCV经核心蛋白与LD的相互作用调节病毒诱导肝细胞LD形态改变介导的脂肪变性．Singaravelu等[72]在稳定表达HCV基因型1b的Huh7.5细胞中则发现，HCV复制经磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）通路诱导microRNA27过表达并抑制PPARα表达，可转录激活与脂肪酸氧化相关基因的脂质分解信号通路，从而诱导细胞内TG积累，LD体积增大且数量增多，导致脂质代谢紊乱（图1).HCV还能通过影响LD相关的多细胞器功能来促进HCV颗粒的生成．Herker等[73]在转染HCV核心蛋白的人胚肾细胞293T中，发现ER驻留DGAT与核心蛋白的相互作用是其分布于LD表面所必需的，提示ER与LD相互作用介导的大量LD生成可为HCV颗粒的产生提供有效平台；采用DGAT抑制剂或RNAi介导DGAT基因敲低表达进行验证，可有效降低中性脂质（TG、CE等）含量和LD数量，抑制感染性HCV颗粒的产生．Lee等[74]发现转染HCV的Huh7细胞中，E2与NS5A蛋白结合于LD周围的ER膜，通过ER“捕获”LD形成的MCSs（每个细胞中15%的LD具有与ER的MCSs），从而进行HCV复制并促进HCV颗粒的生成．Ploen等[75]发现HCV基因组的复制发生在Huh7.5细胞中ER膜面向细胞质的一侧，进而通过NS5A结合PLIN3的N端LD相关蛋白家族（PAT）保守结构域，在LD表面组装HCV颗粒并促进HCV的复制．已报道的病毒（如HCV、登革热病毒等）可通过促进ER与LD相互作用和MCSs的形成，促进LD生成来作为病毒颗粒产生的平台，从而诱导病毒性肝炎及肝损伤[76]．然而，在病毒大量复制的过程中，LD合成是否受LD、ER以外的其他细胞器共同调控还尚待进一步研究．3.3双酚A经LDQC和脂质稳态调节细胞脂肪变性双酚A(BPA）是一种环境雌激素，广泛用于包含聚碳酸酯塑料和环氧树脂的消费品中，可经饮食等途径造成生物体和（或）人群的暴露，具有内分泌干扰作用[77,78]．在RTL-W1虹鳟鱼肝细胞中，BPA通过脂肪酸转运蛋白1-FAS介导的脂质代谢活化途径激活脂肪酸摄取，增加细胞内LD中TG和CE的形成，有助于LD的生长[79]．采用3T3-L1细胞给予BPA(1nmol/L）培养3周以模拟人类环境暴露，发现脂肪组织中脂肪细胞因LD脂质组分的储存和代谢功能的失调而影响细胞分化，从而参与代谢性疾病（如肥胖症、糖尿病等）的发生发展过程，表现为细胞内LD积聚、增大；经PPARγ和脂肪酸结合蛋白4介导的脂质合成信号，导致细胞内LD中的中性脂质蓄积，胰岛素信号传导受损，葡萄糖利用率降低，脂肪细胞分化减少，引起脂肪细胞糖脂代谢功能障碍，从而增加患肥胖相关疾病的风险[80]．在大鼠FaO肝癌细胞（一种高度分化的肝癌细胞系）中，BPA(0.3,3,30,300ng/mL）暴露通过抑制脂质氧化途径，包括PPARα/β、酰基辅酶A氧化酶、肉碱棕榈酰基转移酶以及分泌（如载脂蛋白B）通路，引起脂质代谢紊乱，增加细胞内TG含量和LD积累，从而诱导肝损伤[81].外源因素介导的细胞内脂质稳态以及毒性或损伤，除受LD动态平衡的调控外，也与LD和其他细胞器的相互作用有关．BPA处理的293T细胞、HeLa细胞和小鼠胚胎成纤维细胞中，通过抑制囊泡相关膜蛋白8的SNARE复合体信号通路，可抑制突触融合蛋白17向溶酶体转运，引起LD与溶酶体的融合缺陷，使LD和溶酶体的相互作用减少，导致由LD积累介导的细胞内脂质代谢紊乱[82].C57BL/6小鼠给予BPA(50,500μg/kg）经口暴露16周，可降低肝细胞中胆固醇调节元件结合蛋白2基因的DNA甲基化水平，诱导小鼠肝组织的LD中胆固醇过度合成，肝细胞中的LD面积增加，经LDQC的改变介导脂质代谢紊乱并最终导致肝脏脂肪变性[83]．线粒体功能损伤对于LD与线粒体之间的脂肪酸转运、脂质代谢失调具有重要影响．Wistar大鼠给予低剂量BPA(50μg/kg）长期（38周）饮水暴露后，发现其肝脏中线粒体生物发生的主要调控因子PPAR"共激活因子1α的表达下调，动力相关蛋白1(Drp1）的表达上调，线粒体碎片化增加，LD与线粒体之间的脂肪酸β氧化受抑制，LD中的TG组分增加，诱导LD积累并促进肝脏脂肪变性[84]．已有研究报道BPA诱导的脂质代谢紊乱中线粒体与LD之间存在间接相互作用[85]．因此，深入探讨相关细胞器间的MCSs参与LDQC及其动态调控的研究，可为外源物环境暴露诱导的毒性损伤和相关疾病机制解析和干预提供依据．4、总结与展望LD的结构、功能和LDQC调控日益受到重视．Schott等[86]在原代大鼠肝细胞中发现ATGL依赖性的脂解作用优先靶向大LD，而小LD优先被溶酶体和（或）晚期内体中的酸性脂肪酶分解代谢，提示LDQC介导肝细胞中脂解和脂自噬的分解代谢．已有研究表明LD结构受到多细胞器蛋白分子机器调节，LD的大小和数量受到相关蛋白介导的生物学过程调节，包括中性脂质合成代谢、LD融合分裂和自噬介导的LD降解，提示外源因素介导的LDQC中蛋白分子机器的调节机制成为一个研究热点；同时，LD相关蛋白的翻译后修饰（如蛋白磷酸酶2A介导的去磷酸化调控）、LD组分代谢介导的脂毒性、脂质代谢相关的调节性细胞死亡（如铁死亡）以及新技术（如活细胞荧光成像、冰冻电子断层扫描在结构生物学领域的三维重构技术等）的发展等，促进了LDQC中蛋白分子机器的进一步研究，并在LD蛋白组及其磷酸化改变的调控，甚至LD关联的多细胞器网络蛋白之间相互作用、大分子蛋白复合物三维结构及其对多细胞器网络的动态调控机制等领域有了新进展[87].LD动态调控和蛋白靶点在代谢相关疾病中的作用有待进一步关注．Kounakis等[88]阐述了脂自噬在肥胖、AFLD、NAFLD、肝纤维化与癌症等中的作用，揭示了LD生物学和人类健康与疾病的平衡关系；Henne[89]阐述了LD、溶酶体和ER三者间的相互作用在脂质转运和细胞稳态中的作用．此外，外源因素作用下LDQC及其相关MCSs调控机制的作用也成为研究的热点．深入探究LD功能动态调节的分子机制，将为预防和控制外源因素暴露诱导的脂质代谢相关毒性损伤和疾病等提供潜在的干预靶点．黄婧,林育纯,林忠宁.脂滴质量控制及其介导细胞器间通讯调控脂质稳态的研究进展[J].厦门大学学报(自然科学版),2020,59(04):454-464.基金:国家自然科学基金(81973082,81773465).