原创： 张静静，王彦利 戏说美脂

1. 文章来源介绍

Mark A. McNiven实验室2019年8月7日于Journal ofCell Biology 杂志在线发表了题为“Lipiddroplet size directs lipolysis and lipophagy catabolism in hepatocytes”的文章，发现在肝脏细胞中，大脂滴通过胞质脂质分解（lipolysis）形成小脂滴，小脂滴则通过溶酶体介导的自噬作用（lipophagy）进一步降解。

2. 研究背景及科学问题

脂滴是细胞中脂质代谢的重要场所。肝脏中脂质储存和利用的不平衡，易导致非酒精性脂肪肝、肥胖和代谢综合症。因此，对于脂质合成和分解机制的研究是至关重要的。脂滴中主要是甘油三酯（TAG）和胆固醇酯，已知两种途径可以分解脂滴中的甘油三酯：胞质的脂质分解（lipolysis）和溶酶体介导的自噬（lipophagy）。甘油三酯水解酶（ATGL）在lipolysis途径中发挥关键作用，将TAG分解为甘油二脂（DAG）和自由脂肪酸（FFA），FFA进一步在线粒体中进行氧化分解并提供能量。溶酶体酸性脂肪酶（LAL）是溶酶体中水解TAG和胆固醇的关键酶。但人们仍不清楚lipolysis和lipophagy是独立发生的，还是两者相互交叉进行。为解决这个问题，Micah B.Schott等通过抑制ATGL和LAL的活性并研究其对脂质水解的影响。

3. 重点技术方法

  作者使用AML12小鼠肝细胞和大鼠肝脏原代细胞，通过抑制剂或RNA干扰技术抑制ATGL和LAL功能，并结合BODIPY染色、油红O染色、透射电镜、共聚焦荧光显微镜和荧光标记蛋白等技术手段和设备观察脂滴大小与数目的变化。

4. 重要发现

1）lipolysis和lipophagy过程与LD的大小密切相关

通过电镜观察，作者发现在大鼠原代肝细胞中，与线粒体或内质网接触的主要是大脂滴（0.1-2.0 μm），而与自噬溶酶体或晚期胞内体接触的主要是小脂滴（60-500 nm）。然后，作者分别用atglistatin和chloroquine抑制ATGL和溶酶体，通过共聚焦观察发现：抑制ATGL后，细胞中脂滴明显增大（约2倍）；相反地，抑制溶酶体后，细胞中脂滴显著减小，但脂滴的数目明显增加（约4倍）。此外，作者利用免疫荧光技术观察到ATGL主要分布在大脂滴的周围，利用绿色荧光标记蛋白GFP-LC3和CD63-EGFP观察到自噬体和内体囊泡相接触的主要是小脂滴。他们采用差速离心的方法将大鼠肝脏细胞中脂滴分离为大、小两类脂滴，然后用蛋白免疫印迹（western blot）实验也得到相似结果。以上证据表明ATGL优先分解大脂滴，而溶酶体更倾向于分解较小脂滴。

2）lipolysis与lipophagy分解脂滴过程是连续进行的

脂滴的大小与分解途径密切相关，那么大、小脂滴的分解是独立进行还是连续进行呢？为了回答这一问题，作者用抑制剂ATGLi和LALi、激活剂forskolin（促进lipolysis）处理细胞，发现ATGLi和LALi同时处理与ATGLi单独处理的表型相似； forskolin处理能够减少对照组和LALi处理组中较大脂滴的数目，但是对含有ATGLi处理组的脂滴不发挥作用。进而作者通过动力学实验发现：ATGLi处理导致的大脂滴出现时间（~3 h）先于LALi处理导致的小脂滴数目增加（>6 h）。这些结果提示ATGL介导的lipolysis过程先于溶酶体介导的lipophagy过程。

3）LALi诱导的小脂滴增多依赖脂质的合成途径

为了探索LALi导致的小脂滴数目增多的原因，作者用DGAT1/2抑制剂（DGAT1/2i）和ATGLi、LALi同时处理细胞，结果显示DGAT1/2i处理对脂滴的大小没有影响，但细胞中脂滴的数目均明显下降；尤其LALi和DGAT1/2i同时处理时脂滴数目也不再增加。因此，上游的ATGL水解TAG产生自由脂肪酸（FA），FA进入脂质合成途径，从而驱动溶酶体抑制后出现的小脂滴积累。

5. 重要性或对领域贡献

  本研究发现在脂质降解的过程中，Lipolysis 与lipophagy可协同发挥调控作用：直径较大的脂滴优先选择ATGL介导的lipolysis过程，被水解成较小的脂滴和FFA，FFA在内质网上被重新利用生成新的小脂滴。这些小脂滴又可进入lipophagy过程。这一发现可能与人肝脏脂肪变性的两类病理相关，为两种病理的针对性治疗提供新的依据和策略。

6. 存在问题及分析

尽管作者提供了足够的证据表明脂质降解的两种途径受到脂滴大小的选择，但是脂质的代谢是一个复杂的且受到高度调控的过程，位于脂质降解上游的ATGL如何调控下游的lipophagy过程还不清楚。另外一些研究（1-3）表明大自噬途径产生的膜脂成分能够被重新利用，从而影响脂滴的生成。自噬如何平衡脂滴的生成和脂质的降解也仍然不清楚，这些仍需进一步研究。

文章链接: http://jcb.rupress.org/content/218/10/3320

7. 参考文献：

1. Rambold, A.S., S. Cohen,and J. Lippincott-Schwartz. 2015. Fatty acid trafficking in starved cells:regulation by lipid droplet lipolysis, autophagy, and mitochondrial fusiondynamics. Dev. Cell. 32:678–692.

2. Nguyen, T.B., S.M. Louie,J.R. Daniele, Q. Tran, A. Dillin, R. Zoncu, D.K. Nomura, and J.A. Olzmann.2017. DGAT1-Dependent Lipid Droplet Biogenesis Protects Mitochondrial Functionduring Starvation-Induced Autophagy. Dev. Cell. 42.

3. Zechner, R., F. Madeo, andD. Kratky. 2017. Cytosolic lipolysis and lipophagy:two sides of the same coin.Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 18:671–684.