撰文 | 刘梓棋 郑宇含 张婷 王佳雯 李雨 

编辑 | 孟美瑶

校对 | 张彦康

背景

线粒体在应对压力和能量需求时经常发生形态或位置的变化。有研究发现线粒体可以以游离线粒体或细胞外囊泡的形式释放到血液中，被其他类型细胞吸收以应对细胞代谢压力。例如体外实验发现缺乏线粒体功能的ρ⁰细胞（完全缺乏线粒体功能的细胞）可从上清液中捕获纯化的线粒体，并利用这些外源线粒体挽救自身缺乏的呼吸作用，并促进细胞增殖；在短暂性脑缺血小鼠模型中发现星形胶质细胞可向邻近受损神经元释放功能性线粒体，促进受损神经元的生存活性，从而改善短暂性脑缺血小鼠的神经元功能。一些癌细胞如膀胱癌细胞也可以捕获线粒体从而促进肿瘤的发生和增殖。

本文研究人员在先前的研究中发现，WAT组织中脂肪细胞可将线粒体转移至巨噬细胞中，并通过全基因组CRISPR-Cas9敲除筛选发现这一过程由巨噬细胞HS（硫酸肝素）所介导，特异性敲除髓系细胞Ext1（该基因编码的蛋白参与HS合成过程）显著抑制了WAT中巨噬细胞对线粒体的摄取，增加WAT组织重量并降低能量消耗，加剧了HFD诱导的肥胖。答：这提示细胞间线粒体可能有助于调控小鼠机体代谢稳态。此外，研究人员在之前的研究中还发现在HFD诱导的肥胖中，脂肪细胞以小囊泡的形式将氧化损伤的线粒体释放到血液中，被心脏所吸收，从而提高了心脏抗氧化应激的能力。然而，调控脂肪细胞向巨噬细胞还是血液中转移线粒体的机制还不清楚。

本文中，研究人员利用多种小鼠模型和细胞模型，并结合多维流式细胞分析发现长链脂肪酸可抑制脂肪细胞来源的线粒体向巨噬细胞传递，同时促进脂肪细胞释放线粒体进入血液循环系统，并转运至其他组织。总之，该研究从膳食角度揭示了线粒体胞间传递的调节新机制。

敲黑板啦！

1：脂肪细胞向其他类型细胞转移线粒体具有组织特异性

2：饮食引起的肥胖，而不是衰老，抑制了线粒体向巨噬细胞的转移

3：饮食中的长链脂肪酸抑制巨噬细胞对线粒体的摄取

4：巨噬细胞吸收脂肪来源的线粒体，从而限制脂肪细胞向血液释放线粒体

结果：

为了探究白色、米色和棕色脂肪细胞中线粒体向其他类型细胞转移的可能性，研究人员对脂肪细胞特异性线粒体报告（MitoFat）小鼠的eWAT、iWAT和BAT进行多维光谱流式细胞分析（图1A）。研究人员设计了两组独立实验：第一组实验比较了正常饮食喂养的年轻MitoFat小鼠（4-5月龄）和衰老MitoFat小鼠（22 - 24月龄）；第二组比较了正常饮食、Lard-HFD（富含猪油的高脂饮食，主要是棕榈酸、硬脂酸、油酸和亚油酸）以及HCO-HFD（富含氢化椰子油（HCO）的高脂饮食，主要是月桂酸和豆蔻酸）的年轻MitoFat小鼠。在纠正批次效应后，研究人员通过UMAP算法聚类降维并将结果可视化（聚类时排除了标记脂肪细胞来源的线粒体marker mtD2）。

结果分析显示了21个表达不同marker的细胞亚群，包括各种先天性和适应性免疫细胞亚群以及5种CD45阴性的非免疫细胞亚群（图1B，图S1A，表1）。为进一步鉴定非免疫细胞亚群，研究人员新增了区分不同非免疫细胞的Marker及CD36、HS等巨噬细胞摄入线粒体的Marker重复进行流式实验（表2），并利用与第一次实验相同的marker将重复实验的降维聚类结果映射第一次实验的UMAP降维图中（图 S1B-D）。通过不同的非免疫细胞marker，研究人员将细胞亚群1、2和18定义为CD31+ CD34+ EpCAM+内皮细胞（ECs），将细胞亚群4和10定义为PDGFR-α （CD140a）+脂肪细胞祖细胞（APCs），其中亚群4为CD9^high纤维脂肪祖细胞（FAPs），亚群10为CD9^low APCs（图1B，S1E）。

此外研究人员还发现MitoFat小鼠的iWAT，eWAT和BAT组织中免疫细胞的组成具有组织差异性（图1C）。且UMAP分析显示了各细胞亚群mtD2+的富集程度，反映了脂肪细胞线粒体向不同细胞亚群的转移具有组织特异性（图1D）。在MitoFat小鼠eWAT和iWAT组织中，巨噬细胞亚群3和5是脂肪细胞线粒体的主要受体细胞。有研究表明BAT组织中的巨噬细胞也是脂肪细胞的主要受体细胞，但由于BAT中存在着大量的中性粒细胞，因此结果显示中性粒细胞（亚群9）是BAT组织中最主要的线粒体受体细胞（图1C，1D）。且在iWAT和BAT中，EC亚群（亚群2）也可摄取脂肪细胞线粒体，在BAT中还存在少量摄取线粒体的成脂APCs（亚群10）。

接下来，研究人员利用钟面图直观地展示了脂肪细胞线粒体向其他细胞亚群转移的水平，其中每个细胞亚群的面积反映了每种细胞数量占该组织的比例，指向每个细胞亚群的指针代表该亚群中mtD2+细胞的百分比，指针越长，说明该细胞亚群摄取脂肪细胞线粒体的数量越多（图1E）。结果显示在eWAT中，脂肪细胞线粒体主要向巨噬细胞亚群3和5转移，而向单核细胞亚群、树突状细胞亚群、B细胞亚群和EC亚群2 （EC2）转移的线粒体较少；在iWAT中，脂肪细胞线粒体主要向巨噬细胞亚群3和5以及EC2转移；在BAT中，线粒体主要向巨噬细胞亚群3和5，EC2以及中性粒细胞亚群9中转移，较少的线粒体向单核细胞亚群11，DCs和成脂APC亚群10转移。且在iWAT和eWAT中均没检测到线粒体向成脂APC亚群中转移，在3种脂肪组织中均没检测到FAP亚群4（图1F），这表明在WAT中，APC并不是脂肪细胞线粒体的主要受体细胞。总之，这些结果表明在iWAT、eWAT和BAT中都存在着脂肪细胞向其他细胞亚群的线粒体转移，且巨噬细胞是主要的线粒体受体细胞。

多维光谱流式细胞分析

多维光谱流式细胞分析是基于传统流式的基础发展而来的，又具有独特的光学检测和分析能力。传统的流式细胞术是使用单一检测器收集单个荧光团发射的荧光，而多维光谱流式细胞术使用多个检测器，通过系统中多个激光器测量每个荧光团的全光谱发射，记录每个荧光团详细的光谱特征。具体而言，利用多种结合荧光团的抗体混合物处理待测组织样本，每个荧光抗体可与细胞表面特定的靶蛋白结合，在激光刺激下发射不同波长的荧光和散射光，流式细胞仪通过区分不同波长的荧光和散射光来区分每一种细胞。