代谢学人

Cell metabolism: 产热和炎症也有“性别歧视”?

编辑 | 孟美瑶

校对 | 张婷

背景介绍

UCP1是线粒体内膜上的一种解偶联蛋白，高表达于产热脂肪，在激活后可促进膜间隙的质子穿过线粒体内膜向基质泄露并产生热量。先前已有很多研究报道了UCP1在小鼠体内调控能量代谢的重要作用，如UCP1基因敲除小鼠对寒冷敏感，并在热中性条件下进一步加剧饮食诱导的肥胖。但是这些研究所用到的模型都是UCP1基因敲除小鼠模型，而已有研究发现UCP1敲除会在棕色脂肪中导致线粒体电子传递链大部分组分含量下降。因此，UCP1敲除小鼠的代谢表型既有可能是UCP1本身失去功能引起，也有可能是由于受抑制的电子传递链造成。所以，为进一步阐明UCP1活性在调控能量代谢及代谢性疾病中的作用，需要一种可以在不破坏电子传递链的情况下特异性干扰UCP1活性的小鼠模型。

先前的研究表明LCFA（长链脂肪酸）是激活UCP1产热的关键因素（如下图），位于胞质侧携带负电子的LCFA与UCP1结合后，线粒体膜间隙的H+才与UCP1结合，通过UCP1的构象变化，将H+易位到线粒体内膜，从而促进产热。而Spiegelman及Chouchani团队之前的研究中发现，UCP1第253位半胱氨酸 （C253）位点是UCP1活性的关键调控位点，ROS可使UCP1 C253位点发生亚璜酰化修饰，而发生亚璜酰化修饰的UCP1对肾上腺素刺激更加敏感，从而激活了UCP1产热能力。

基于此基础，他们近期发表在Cell Metabolism杂志上的“Cysteine 253 of UCP1 regulates energy expenditure and sex-dependent adipose tissue inflammation”报道了一种全新的小鼠模型UCP1 C253A点突变小鼠模型（该模型可在不影响电子传递链功能的情况下特异干扰UCP1活性），并对UCP1 C253位点在体内调节能量稳态和代谢疾病的生理重要性进行了详细阐述。

敲黑板啦 ！

1. UCP1 C253A 小鼠是选择性破坏 UCP1 功能的遗传模型 

2. UCP1 C253 基因突变会影响产热，但不影响由饮食引起的肥胖（DIO） 

3. UCP1 C253 调节雄鼠的炎症和糖耐量 

4. 雌激素水平的升高逆转了 UCP1 C253A 雄鼠的特异性病理

研究结果

1.UCP1 C253A小鼠：选择性破坏UCP1活性的体内模型

UCP1 253位点上的半胱氨酸残基是UCP1活性的关键调控位点，该位点上的共价修饰如亚磺酰化修饰可通过改变UCP1的构象激活UCP1。因此，研究人员利用CRISPR技术构建了一个UCP1 C253A点突变的小鼠模型（即UCP1 253位点上的半胱氨酸残基突变为丙氨酸，无法发生共价修饰）以抑制UCP1活化（图1A-1C、S1A）。为了验证UCP1 C253A小鼠模型是否构建成功，研究人员分别在体外原代棕色脂肪细胞和体内BAT组织中检测了UCP1 C253A形式的表达量和稳定性，结果表明UCP1 C253A蛋白表达量与野生型（WT）水平相当（图1D和1E）。重要的是，对WT、UCP1 KO和UCP1 C253A小鼠的BAT进行定量蛋白质组学分析发现，不同于UCP1 KO BAT所导致的线粒体代谢相关蛋白表达下降，UCP1 C253A BAT中线粒体代谢相关蛋白的表达水平也与WT一致（图1F-1I和S1B）。此外，研究人员还发现，WT和UCP1 C253A小鼠的BAT和subQ（皮下白色脂肪组织）中其他UCP亚型（UCP2和UCP3）的mRNA或蛋白表达也没有差异（图S1C-S1F）。因此，UCP1 C253A突变只会特异性干扰UCP1C253位点功能，并不会破坏BAT中其他分解代谢机制。

2.UCP1 C253功能缺失会损害棕色脂肪细胞和BAT组织的产热能力

接着研究人员开始探究UCP1 C253A小鼠的代谢特征。在标准条件下WT和UCP1 C253A小鼠的体重和体脂并没有明显差异（图2A、2B、2D、2E）。接下来，研究人员将小鼠急性暴露于不同温度的环境中，不同程度地激活UCP1并监测小鼠能量消耗，发现在TN（29℃，热中性）和RT（22℃，室温）条件下，雄性和雌性WT和UCP1 C253A小鼠的VO2（耗氧量）、VCO2（CO2释放率）以及能量消耗率相当（图2C、2F和S1G-S1J）。然而，在暴露于寒冷环境（4 ℃）时，与WT小鼠相比，雄性和雌性UCP1 C253A小鼠的VO2消耗、能量消耗和VCO2产生均显著降低（图2G-2J、S1K-S1N）。有趣的是，β3受体激动剂CL-316，243处理后UCP1 C253A小鼠与WT小鼠的耗氧量并没有明显差异（图S1O和S1P），但利用NE处理UCP1 C253A小鼠原代棕色脂肪细胞，其耗氧量明显下降（图S1Q）。之前的研究表明，UCP1 KO小鼠在冷刺激或β3受体激动剂CL-316，243处理后，其耗氧量相比于WT都有所下降，但本研究中UCP1 C253A小鼠在CL-316，243处理后耗氧量却与WT没有明显差异。有研究表明，完全激活UCP1功能需要ROS产生，UCP1 C253A小鼠在冷刺激或CL刺激下这种表型的不同可能部分是由于ROS产生程度不同导致的。CL-316，243是选择性的β3受体激动剂，而冷刺激或NE处理则会激活α，β等多种受体，并可能会通过额外的因子如琥珀酸诱导ROS产生，因此在CL-316，243下UCP1 C253A小鼠与WT小鼠耗氧量并没有明显差异，而冷处理则导致了显著差异。对于上述所有体内刺激，WT和UCP1 C253A小鼠之间的摄食量和运动均无差异（图S2A-S2D）。

接下来，研究人员将WT和UCP1 C253A小鼠置于低温环境（4℃）中，用红外热成像仪监测小鼠体温，发现UCP1 C253A小鼠的背部，肩胛间和整个身体区域的表面温度均显著下降，而尾部皮肤表面温度没有显著改变（图2K-2N）。这些数据表明在对冷暴露的反应中，UCP1 C253A小鼠的产热能力受损。

在冷刺激条件下，交感神经系统可释放NE（去甲肾上腺素），NE与β3-AR（β3-肾上腺素受体）结合，从而激活AC（腺苷酸环化酶），产生cAMP，进而激活下游PKA，PKA激活下游转录因子如p38、CREB，通过上调产热相关基因的表达，来促进脂肪组织的产热能力。而CL-316,243是一种β3-AR激动剂，可直接与β3-AR结合，通过AC-cAMP-PKA信号通路上调产热相关基因的表达来促进产热。

参考文献：

1. Chihiro Tabuchi, Front Endocrinol. 2021

3.UCP1 C253功能缺失不影响肥胖发生时的脂肪积累或能量消耗

前人的研究表明在TN（29℃，热中性）条件下，UCP1 KO小鼠在饮食诱导的肥胖中体重大幅度增加。因此，研究人员接下来想要研究UCP1 C253在DIO（饮食诱导肥胖）过程中调节全身能量消耗的作用。为此研究人员将UCP1 C253A小鼠饲养在TN（29℃）环境中，并用HFHS（高脂高蔗糖）饮食喂养12周，发现WT和UCP1 C253A小鼠体重和体脂无显著差异（图3A-3F），且其摄食量也基本相同（图3G和3 H）。此外研究人员应用了能量平衡法来评估全身能量消耗，发现WT和UCP1 C253A小鼠之间没有差异（图3 I-3N）。以上研究结果也在RT（22℃）条件下的DIO小鼠中观察到（图S5G-S5R）。并且，组织学分析显示WT和UCP1 C253A小鼠BAT及subQ的脂肪细胞大小也无显著差异（图S2E-S2L），UCP1和其他产热相关基因表达差异也非常微弱（图S2M-S2R）。

值得注意的是，尽管WT小鼠和UCP1 C253A小鼠的肥胖发生过程似乎没有差异，但UCP1 C253A雄鼠的糖耐量受损比WT小鼠更严重，而WT和UCP1 C253A雌鼠却具有相似的葡萄糖耐量（图3O和3P）。因此，研究人员在WT和UCP1 C253A雄鼠中检测了BAT、肝脏及肌肉的葡萄糖摄取能力及葡萄糖代谢水平。通过给小鼠注射13C6-葡萄糖（6个碳原子都有13C标记的葡萄糖）并进行代谢组学检测，研究人员发现UCP1 C253A雄鼠的BAT中13C6标记的丙酮酸减少，而13C6标记的葡萄糖却增多，说明BAT对于葡萄糖的摄取能力增强，而糖酵解能力却受损，肝脏的糖摄取能力及代谢能力则无明显改变，此外骨骼肌的糖摄取能力正常但糖酵解能力略微下调（图S2S-S2W）。尽管UCP1 C253A雄鼠的糖耐量异常是在HFHS饮食下发现的，而糖摄取及糖代谢检测实验是在正常饮食下进行，但可以推测，在正常饮食下UCP1 C253A雄鼠中BAT和肌肉中葡萄糖分解代谢的抑制现象将会在HFHS饮食下进一步加重。因此UCP1 C253A 雄鼠BAT中的糖代谢受损可能是导致HFHS饮食下其糖耐量受损的原因。

过去的研究发现，在室温条件下，与WT小鼠相比，HFD喂养的UCP1 KO小鼠体重显著降低，且葡萄糖耐量与胰岛素敏感性改善，活动量、核心体温以及呼吸熵等能量消耗方面与WT鼠相比没有显著差异，而UCP1 KO小鼠的饮水量增加，排尿量也增加，于是研究人员检测了UCP1 KO小鼠的尿液，发现尿肌酐和白蛋白含量正常，排除了由于肾衰竭导致饮水量增加的因素，但酰基肉碱和氨基酸的分泌增加，表明UCP1 KO小鼠发生代谢重编程，从而产生这一系列表型。在热中性条件下，与WT小鼠相比，HFD喂养的UCP1 KO小鼠体重显著增加，BAT组织重量明显增加，代谢效率也显著升高，而耗氧量降低，并且由NE诱导的产热功能明显受损。而与年轻UCP1 KO小鼠相比，衰老UCP1 KO小鼠的肥胖更加显著，糖耐量受损，促进胰岛素抵抗，并且脂肪酸从头合成途径与脂肪分解途径显著下调，产热能力受损。

能量平衡法

间接量热法使用代谢笼装置评估小鼠能量消耗、VO2、VCO2、食物摄入和运动，而本文使用的是能量平衡法，也被称为能量守恒定律，可监测小鼠的全身能量消耗，是根据小鼠的热量摄入、体重变化以及在饮食干预过程中瘦肉和脂肪重量的变化等数据来计算能量消耗。具体而言，在饮食干预过程中，通过热量摄入（如HSHF饲料5.5 kcal/g、HFD饲料5.24 kcal/g）减去瘦肉和脂肪的能量变化（小鼠的脂肪能量含量为9.4 kcal/g，瘦肉能量含量为1.8 kcal/g），得到小鼠全身的能量消耗。

4.UCP1 C253对脂肪组织炎症的性别二态性调节

为了进一步探讨UCP1 C253在脂肪组织生理学中的作用，研究人员对HFHS喂养的雄鼠和雌鼠的脂肪组织进行蛋白质组学分析，来确定UCP1 C253功能缺乏时哪些生物学通路发生了变化。由于subQ WAT在DIO过程中会经历重塑，并且在肥胖相关的病理过程中起重要作用，因此研究人员首先聚焦于subQ WAT。结果表明，相比于WT雄鼠，UCP1 C253A雄鼠的subQ WAT 中主要炎症相关蛋白的丰度增加。具体来讲，在UCP1 C253A雄鼠 subQ WAT中，吞噬作用相关蛋白、抗原加工和呈递相关蛋白、中性粒细胞介导的免疫反应相关蛋白以及免疫球蛋白数量显著增加（图4A-4E）。有意思的是，中性粒细胞主要发挥吞噬作用，而蛋白质组学分析也发现中性粒细胞活性在UCP1 C253A雄鼠的subQ WAT中显著增加（图4D）。抗原吞噬后的中性粒细胞活化，主要通过ROS的产生和胞内颗粒中蛋白酶和抗菌肽的释放，引发局部免疫反应和炎症。而在UCP1 C253A雄鼠的subQ WAT中，研究人员观察到中性粒细胞激活的主要蛋白驱动因子包括Ncf1和Ncf4（NADPH氧化酶的两个亚基）以及溶酶体蛋白Hexb （beta -己糖苷酶亚基）和Lyz2 （溶菌酶c - 2）含量显著增加（图4B-4E）。沿着中性粒细胞活化这条通路，研究人员还观察到C253A雄性小鼠的WAT中介导抗原加工和呈递的蛋白质（MHCII（主要组织相容性复合体II））数量增加（图4C），以及多种巨噬细胞和树突状细胞标志物如CD74、CD48和CD180的丰度增加（图4E）。与此相一致，研究人员发现该通路的其他成分如Irf5（干扰素调节因子5）和Tifa（与含FHA结构域的蛋白A相互作用的TRAF蛋白）含量增加（图4 E）。研究人员检测到NFkB激活导致的几种促炎中间体的丰度升高，包括DAMP S100a4和急性期蛋白Saa1（血清淀粉样蛋白A1）（图4 E），而S100a4和Saa1同样也是葡萄糖耐受不良的标志。

接下来研究人员对HFHS喂养下UCP1 C253A雌鼠的subQ WAT进行蛋白质组分析。有意思的是，尽管致病性炎症通路在UCP1 C253A雄鼠的subQ WAT中显著上调，但在UCP1 C253A雌鼠中并没有发生变化（图4F-4J）。不同的是，UCP1 C253A雌鼠的sub Q WAT中富集了调控ECM（细胞外基质）的相关蛋白（图S3A和S3B）。研究人员还发现与蛋白质分解代谢和有丝分裂相关的蛋白质显著增加（图S3C-S3D），表明HFHS饮食后UCP1 C253A雌鼠的subQ WAT整体表现出生长/扩张表型。此外，在UCP1 C253A雌鼠中，一些可能引起炎症的通路和蛋白包括补体系统蛋白、胆固醇代谢蛋白、肥大细胞分泌颗粒蛋白、免疫细胞信号传导、抗原加工和呈递相关蛋白等被显著下调（图S3E-S3G）。

这些数据共同证明了UCP1 C253对WAT炎症的性别依赖性调节。在雄鼠中，UCP1 C253抑制免疫细胞吞噬标记物、抗原加工和呈递标记物，以及导致代谢性疾病的几个主要炎症驱动因子的产生。在雌鼠WAT中，这些通路在UCP1 C253A小鼠中要么没有改变，要么被下调。而这些结果也与在HFHS 喂养下UCP1 C253对葡萄糖敏感性的雄性依赖性调节相一致。

基于上述发现，研究人员接下来探索UCP1 C253对WAT炎症的性别依赖性调节在没有致胖刺激的小鼠中是否存在。研究人员对普通饲料喂养的的WT和UCP1 C253A雄鼠的sub Q进行了蛋白质组学评估（图S3H），发现雄性C253A小鼠WAT中在HFHS条件下显著上调的蛋白，在普通饮食中与WT相比并无显著差异表达（图S3H-S3L）。然而确实有一些炎症中间介质包括DAMPs, S100a1和S100a13，以及转录因子Cebpb（CCAAT增强子结合蛋白）在普通饮食喂养下表达上调（图S3M），这些中间体在巨噬细胞发挥功能的过程中起着重要作用，并调节多种炎症基因，包括多种细胞因子和急性期蛋白。综上所述，UCP1 C253位点可以拮抗雄性小鼠的WAT炎症，但对雌性小鼠没有影响，尤其在致胖条件下。

LXR（肝孤儿受体）有2种亚型：LXRα和LXRβ，LXRα表达普遍，而LXRβ在肝脏、脂肪组织、肾、肠道、肺和髓系来源的细胞中特异性表达。LXR的天然配体是胆固醇代谢物，例如22-(R)-羟基胆固醇、24-(S)-羟基胆固醇、27-羟基胆固醇和24-(S),25-环氧胆固醇，LXR作为胆固醇传感器，调节细胞和机体的胆固醇代谢稳态。例如肝脏中LXR的激活可上调CYP7A1（参与胆汁酸合成）的表达；而当外周胆固醇增多时，肝脏中LXR还可以响应胆固醇的含量来促进ABCA1和ABCG1（胆固醇转运蛋白）、PLTP（磷脂转运蛋白）以及APOE（载脂蛋白）的表达，从而促进胆固醇向肝脏的转运；在肠道中，抑制LXR活性可下调ABCG5 和 ABCG8（胆固醇转运蛋白）的表达，从而抑制肠道对胆固醇的重吸收；此外，LXR也是炎症基因表达和先天免疫的重要调节因子，如LXR的激活可抑制NF-κB靶基因的表达，如iNOS、IL6、CCL2等，同时有研究发现LXR可以促进巨噬细胞中的胆固醇输出，在肝脏中合成胆汁酸，并抑制肠道对胆固醇的吸收，从而降低动脉粥样硬化与炎症反应的发生。也有研究发现LXR激动剂不仅缓解了小鼠的动脉粥样硬化现象，还抑制了主动脉炎症基因的表达。

参考文献：

5.在雄鼠而不是雌鼠中，UCP1 C253功能缺失后促使BAT组织炎症重塑

此外，研究人员还发现了UCP1 C253A雄鼠BAT中性别特异性蛋白质组的改变（图4K和4L）。UCP1 C253A雄鼠BAT中主要上调的蛋白与炎症相关（图4K和4L），其中包括免疫细胞蛋白Lsp1（淋巴细胞特异性蛋白1）和DAMPS100a6。相反，主要下调的蛋白是Arg1（精氨酸酶1），它是抗炎巨噬细胞的关键标志物（图4L）。研究人员还观察到与炎症调节相关的几种代谢途径显著下调，包括参与S-腺苷蛋氨酸（SAMe）和氨基酸分解代谢的代谢酶（图S4A-S4C），以及尿素循环代谢（图S4A和S4D）。此外，在标准饲料喂养条件下，UCP1 C253A雄鼠的BAT表现出与炎症相关的蛋白和通路（包括中性粒细胞介导的免疫、白细胞迁移和补体途径）的上调（图S3N-S3R；表S2）。在UCP1 C253A雌鼠中没有发现上述变化（图4M、4N和S4E-S4H）。相反，在UCP1 C253A雌鼠的BAT中，参与调节线粒体翻译、底物分解代谢（如脂肪酸氧化）和产热的蛋白（包括一些ETC成分）均显著上调（图S4I-S4L）。在UCP1 C253功能缺失的情况下，雌鼠可能会上调其他底物分解代谢途径，如增加碳和脂肪酸氧化（图S4J-S4L）。此外，在UCP1 C253A雌鼠的BAT中，与NLRP3炎症小体（一个重要的促炎信号中枢）相关的蛋白被下调（图S4M）。

6.UCP1 C253对脂肪组织免疫细胞群的性别二态性调

蛋白质组学分析表明，在UCP1 C253功能缺失的情况下，雄鼠脂肪组织中的免疫细胞群发生重塑，而雌性并没有这一现象。接下来，研究人员研究了在肥胖发生后，脂肪组织中的免疫细胞群和炎症蛋白是否可以被UCP1 C253调控。流式细胞术分析显示，在UCP1 C253A雄鼠的subQ中，由于CD8+细胞毒性T细胞数量增加，CD3+细胞数量增加（图5A和5B）。先前有研究报道，在肥胖期间CD8+T细胞数量增加，而清除这些细胞可以限制巨噬细胞对WAT的浸润，并减少炎症和葡萄糖耐受不良，这提示C253功能缺失后可能进一步加剧了subQ的炎症和葡萄糖耐受不良。此外，研究人员还发现，在UCP1 C253A雄鼠的subQ WAT中，炎症性巨噬细胞数量增加（图5C和5D），这可能是CD8+ T细胞数量增加的结果。并且，在UCP1 C253A雄鼠的BAT中也观察到类似的髓系细胞的增加（图5E和5F）。值得注意的是，UCP1 C253A雌鼠的subQ中CD3+和CD8+细胞数量均减少（图5A和5B），而UCP1 C253A雌鼠的BAT和subQ中的巨噬细胞数量与WT小鼠相比并没有显著差异（图5C-5F）。

接下来，研究人员检测了肥胖模型中促炎分子和抗炎分子的表达，发现在UCP1 C253A雄鼠的BAT和subQ WAT中，促炎细胞因子Il1b，Tnf和趋化因子Ccl2的表达增加,而抗炎细胞因子Il10的表达显著降低（图5G和5H）。这些炎症表型同样也是性别依赖的。在 UCP1 C253A雌鼠的subQ和BAT中，这些炎症因子的表达要么没有变化，要么则显著下调（图5G和5H）。总之，这些数据说明了UCP1 C253在雄性小鼠脂肪组织免疫细胞和炎症稳态调节中的积极保护作用。

7.UCP1 C253A雄鼠的全身炎症重塑

接下来，研究人员想要研究UCP1 C253的功能缺失是否会对不表达UCP1的组织产生系统性影响。因为epiWAT（附睾白色脂肪组织）和肝脏在肥胖发生后会显著重塑，因此研究人员探讨了C253A对HFHS喂养后小鼠的这两种组织炎症的影响，发现UCP1 C253A雄鼠epiWAT的冠状结构数量增加，且肝脏中几种炎症标志物（如细胞因子、趋化因子、几种免疫球蛋白、Bcap29（B细胞受体相关蛋白29），IL12P0和IL-1β）的表达增加，IL10表达降低，而雌鼠没有这一现象（图S5A-S5F，S5U）。综上所述，UCP1 C253的功能缺失在雄性小鼠中同样会促进epiWAT和肝脏的炎症效应。

8.氧化还原稳态的破坏和mtDNA的损伤与释放促进UCP1 C253介导的性别依赖性炎症

接下来，研究人员探讨了在棕色和米色脂肪中UCP1 C253功能缺失是如何影响局部和整体炎症的。由于ROS和UCP1活性之间的相互依赖，研究人员假设当UCP1 C253功能缺失时，响应mtROS的UCP1蛋白减少，使BAT线粒体暴露于更高水平的mtROS，而mtROS水平升高可促进mtDNA氧化水平升高，这些大分子可以释放到血液循环中，作为整体炎症的介质来调控组织的炎症反应。

首先研究人员通过对BAT中蛋白质半胱氨酸残基的可逆氧化状态进行系统定量，来检测UCP1 C253功能缺失是否会影响BAT的氧化还原稳态。于是，研究人员利用半胱氨酸磷酸化标签（CPT）（小编注：CPT是一种半胱氨酸特异性标签，其借鉴了磷酸化标签可特异性结合磷酸化蛋白质的原理，可特异性的结合含半胱氨酸的肽段并对其标记，应用于半胱氨酸蛋白质组学，可提高半胱氨酸蛋白质组覆盖深度及定量质量，更有效的捕获半胱氨酸蛋白质组信息。）来绘制BAT蛋白质组的半胱氨酸氧化状态（图S6A-S6C），发现与WT小鼠相比，HFHS喂养后UCP1 C253A小鼠BAT中有数百个蛋白半胱氨酸的氧化状态发生了改变，并且大多数线粒体蛋白和炎症相关蛋白的氧化水平显著升高（小编注：利用CPT处理小鼠BAT组织，通过质谱对小鼠BAT组织的半胱氨酸氧化状态进行定量，并用氧化的半胱氨酸通道中携带TMT（串联质谱标签）的半胱氨酸含量除以同一蛋白所有携带TMT标签的半胱氨酸含量，得到半胱氨酸的氧化百分比，从而判断蛋白的氧化水平）（图S6A和S6C）。由于UCP1 C253功能缺失增加了线粒体蛋白氧化水平，而mtDNA损伤是mtROS含量升高的直接后果，与整体炎症发生也有关系，即mtROS介导的氧化反应可以使mtDNA受损，并促使mtDNA释放到血液循环中，发挥DAMP的作用，以促进免疫应答。于是研究人员通过qPCR检测BAT种mtDNA拷贝数来评估mtDNA损伤（mtDNA损伤越严重其拷贝数越低）发现UCP1C253A雄鼠BAT中mtDNA损伤显著增加，且血液中mtDNA含量也明显升高，雌鼠中没有发现这一现象（图6A-6B），这表明在雄性小鼠中UCP1 C253功能缺失通过提高BAT蛋白质组的氧化水平来促进炎症的发生。

由于UCP1 C253功能缺失可导致BAT线粒体ROS水平升高从而促进线粒体大分子发生氧化，于是接下来研究人员研究了ROS在UCP1 C253A雄鼠的组织炎症反应发生中是否是必需的。首先研究人员给HFHS饲喂的WT和UCP1 C253A雄鼠的饮用水中添加了线粒体靶向抗氧化剂MitoQ，发现无论是蛋白还是mRNA水平上均可显著逆转UCP1 C253A雄鼠中BAT和sub Q的炎症现象，并且其炎症细胞因子的表达恢复到了与WT相当的水平（图6C-6M）。接下来，研究人员分析了补充MitoQ后WT和UCP1 C253A雄鼠的subQ WAT和BAT的蛋白质组，发现在补充MitoQ后，在UCP1 C253A雄鼠中上调的炎症相关蛋白水平完全恢复正常，如吞噬作用相关蛋白、抗原处理和呈递相关蛋白以及中性粒细胞介导的免疫相关蛋白，而一些炎症蛋白（如免疫球蛋白，免疫细胞marker，炎症中间介质以及免疫信号蛋白）含量减少（图6E-6M和S6I-S6P）。总之，这些数据表明，UCP1 C253A通过提高mtROS水平来促进DIO雄鼠subQ WAT和BAT中的炎症反应。

越来越多研究证明mtDNA是炎症小体的内源性激动剂，而mtROS可促进mtDNA向细胞质中释放，作为DAMP发挥作用（DAMP即损伤相关分子模式，是在细胞破损或者坏死后释放到细胞间隙或血液循环中的一类物质，可通过Toll样受体、RIG-1样受体，PRR受体或NOD样受体等模式识别受体激活免疫系统，引起炎症反应），激活炎症小体。2010年Nakahira研究团队首次将mtDNA与NLRP3炎症小体的激活联系起来，研究人员在小鼠的BMDMs（骨髓源性巨噬细胞）发现mtROS可促进mtDNA释放到细胞质中，激活NLRP3炎症小体，从而促进IL1β和IL18的分泌增强，进而促进炎症的发生。之后，Shimada等研究人员证明了mtDNA可直接诱导NLRP3炎症小体的激活，而缺乏mtDNA的巨噬细胞中IL1β的水平显著降低，这一过程需要mtROS的参与。

参考文献：

1.Kenichi Shimada, et al. Immunity. 2012

2.Nakahira K, et al. Nat. Immunol. 2010

3.APhillip West, et al. Nat Rev Immunol. 2017

9.雌激素信号通路是由UCP1 C253调节性别依赖性炎症的基础

接下来，研究人员想要探究UCP1 C253A雌鼠免受炎症影响的分子机制。有研究表明雌激素信号在肥胖条件下可以改善代谢，于是研究人员探究了雌激素信号在炎症反应中的作用。研究人员将雄性WT和C253A小鼠的皮下植入慢释β-雌二醇胶囊，随后进行为期12周的HFHS饮食喂养（图S7A-S7D），发现植入β-雌二醇胶囊后，UCP1 C253A小鼠BAT和sub QWAT中促炎因子水平显著下调，且抗炎因子IL10的表达也明显升高（图7A-7B），此外，许多炎症蛋白水平和WT相比没有显著性差异，如FC受体介导的吞噬作用相关蛋白、抗原处理和呈递相关蛋白以及中性粒细胞介导的免疫相关蛋白等（图7C-7K），一些炎症蛋白含量显著降低，如转化生长因子β受体信号通路的相关蛋白、T细胞介导的免疫相关蛋白以及抗原加工和呈递相关蛋白等（图S7E-S7L）。综上所述，这些数据表明雌激素信号可以抑制UCP1 C253A小鼠的BAT和sub Q炎症反应。

总结

UCP1 C253是UCP1的一个调控位点，通过共价修饰来提高UCP1的活性。在本篇研究中，研究人员通过构建UCP1 C253A小鼠模型，深入探究了该位点的生理作用。发现UCP1 C253A小鼠的产热能力在雄性和雌性小鼠中均表现出明显的减弱，而对于由HFHS饮食诱导的肥胖并没有产生显著影响。但出乎意料的是，UCP1 C253功能缺失使小鼠的脂肪组织发生氧化还原应激，导致雄性小鼠的脂肪组织和肝脏出现大量免疫细胞浸润以及整体的炎症病理，而雌性小鼠并没有发生这一现象，最后研究人员发现是雌激素使雄性和雌性小鼠产生了这一差异现象。给雄性小鼠补充雌激素，可以逆转这一雄性特异性病理。总之，本篇研究发现了UCP1 C253激活位点是机体急性产热以及性别依赖性组织炎症的关键调节因子。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1550413121005313?via%3Dihub