撰文 | 屈若颖 殷晓航 郑宇含 张彦康 李欣茜 张婷 李雨

编辑 | 孟美瑶

校对 | 郑宇含 

背景介绍

在脂肪组织中，脂肪细胞以甘油三酯的形式储存能量，在能量代谢中发挥关键作用。当机体处于能量短缺状态时，激素敏感性脂肪酶（hormone-sensitive lipase，HSL，脂肪分解的限速酶）被激活，催化甘油三酯水解，从而释放能量以满足代谢需求。据报道，在禁食期间，儿茶酚胺会触发环磷酸腺苷-蛋白激酶A（cAMP-PKA）信号通路，导致HSL磷酸化，促进HSL从细胞质向脂滴转移，并执行促进脂解的功能。（小编注：例如HSL可通过其191-200位氨基酸与脂肪酸结合蛋白4（FABP4）直接结合。当HSL水解脂质释放脂肪酸时，FABP4能及时结合并移除这些产物，解除反馈抑制，从而增强其水解酶活性。并且，HSL的N端结构域可以与另一个HSL的C端发生“头对尾”式相互作用形成同源二聚体，提升其热稳定性和催化效率。在脂肪细胞中，HSL N端与碳水化合物反应元件结合蛋白（ChREBP）结合能抑制ChREBP核转位，从而调控脂肪酸从头合成相关基因Elovl6表达。此外，在睾丸中存在HSL特定亚型，其N端具有富含脯氨酸的区域，可能通过招募一系列含有SH3结构域的蛋白参与精子发生调控。）。HSL的结构提示了HSL具有功能多样性，从而能发挥脂解以外的功能，但其缺失如何导致脂肪萎缩仍不清楚。

在本篇文章中，研究人员发现脂肪组织中HSL除了定位于细胞质，还可以定位于细胞核。核内HSL能调控线粒体相关基因和TGF-β靶基因的表达，对于维持脂肪组织稳态至关重要。此外HSL的定位受TGF-β与PKA信号通路调控：TGF-β促进HSL核内积累，而PKA磷酸化则诱导HSL向胞质转移。总之，本研究揭示了HSL具有双重定位与功能，在脂肪细胞生物学及组织稳态中发挥关键作用。

敲黑板啦！

1.激素敏感性脂肪酶定位于脂肪细胞的细胞核内

2.体内，核HSL水平调节脂肪组织重量

3.体外，核HSL调控线粒体和细胞外基质基因表达

4.核HSL水平受TGF-β和PKA信号通路的调节

研究结果

1.HSL可以定位于脂肪细胞的细胞核

       为了研究HSL的亚细胞定位，研究人员通过共聚焦显微镜观察、核质分离的蛋白质免疫印记分析和透射电子显微镜观察小鼠原代脂肪细胞和人脂肪细胞（由人源性多能脂肪间充质干细胞hMADS分化而来的脂肪细胞），发现HSL在细胞核与细胞质中均存在（图1A-1C，S1A-S1D） 。然而，HSL的密度在人脂肪细胞核内比其在细胞质内低1.6倍（图S1E）。在脂肪细胞分化过程中，HSL含量在细胞质和细胞核中的同步增加，表明新合成的HSL会同时分布到这两个细胞区室（图1C）。随后，研究人员使用纳米液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的蛋白质组学技术验证了人脂肪细胞核中含有HSL（图S1F和S1G）。为了研究HSL与核内蛋白质的潜在相互作用，研究人员对人脂肪细胞的核提取物进行了针对HSL的免疫共沉淀实验及蛋白质组学分析（图1D）。结果发现，HSL与多种参与pre-mRNA加工的蛋白质互作（包括4个RNA聚合酶II的亚基（POLR2A, POLR2B, POLR2C, POLR2H）和NONO, SFPQ）（图1E）。之后，通过原位邻近连接实验（PLA）和免疫共沉淀证实了HSL与RNA聚合酶II存在物理相互作用（图1F，S1H和S1I）。此外，HSL和果蝇行为/人类剪接（DBHS）家族蛋白SFPQ（富含脯氨酸和谷氨酰胺）、NONO（不含POU结构域的八聚体结合蛋白）之间也存在紧密的相互作用（图1G，S1J和S1K），这些蛋白是基因表达的多功能调节因子。以上数据表明，核HSL可能参与调控基因表达。

图1.HSL位于脂肪细胞核中

图S1.脂肪细胞中HSL的亚细胞定位

2.体内核HSL的功能

由于ATF4的表达为了在体内研究核HSL的功能，研究人员采用CRISPR-Cas9技术对Lipe基因（编码HSL蛋白）进行基因编辑，构建了HSL-KO小鼠模型（图S2A）。HSL-KO小鼠脂肪组织中既没有HSL蛋白质的表达，也不具有HSL的酶活性（图S2B-S2D）。研究人员发现HSL-KO小鼠体脂和白色脂肪组织（WAT）重量下降，脂肪组织表现出脂肪细胞肥大和细胞大小不均一的特征，表明发生脂肪萎缩现象（图S2E-S2G），并且脂肪细胞标志物表达水平也显著下降（图S2H）。

为了进一步研究核HSL的功能，研究人员利用生物信息学工具分析HSL氨基酸序列是否包含核定位（NLS）或核输出（NES）信号。然而，研究人员并没有预测到NLS序列，但在HSL的磷酸化位点附近预测到NES序列。鉴于HSL的N端结构域具有与其他蛋白质相互作用的可能性，研究人员在LIPE编码序列的3'端（对应HSL蛋白质序列C端）添加NLS编码序列。随后，研究人员在HEK293T细胞和人前体脂肪细胞（这两种细胞均不会表达内源HSL）中表达外源性HSL，结果发现，添加NLS序列能有效促进HSL的核定位（图S2I，S2J）。接下来，研究人员在小鼠卵母细胞的Lipe等位基因中敲入NLS序列以构建HSL核定位的小鼠模型（HSL-NLS）（图2A，S2A）。蛋白质免疫印迹结果显示，HSL-NLS纯合小鼠WAT中的核HSL水平与WT小鼠相比无显著性差异，但细胞质中的HSL表达水平则显著降低（图2B）。细胞质中HSL的下降也直接导致HSL酶活几乎完全被抑制（图S2D）。与HSL-KO小鼠的脂肪萎缩表型不同，HSL-NLS和WT小鼠在体脂、脂肪重量、脂肪细胞形态和脂肪细胞标志物的表达方面均无差异，这表明核HSL积累对维持脂肪组织的稳态十分重要（图2C-2F）。

为了进一步探究核HSL积累水平是否调控脂肪组织重量，研究人员杂交了构建了HSL-WT/HSL-NLS和HSL-KO/HSL-NLS杂合小鼠（图S2K）。与HSL-WT/HSL-NLS小鼠相比，HSL-KO/HSL-NLS小鼠脂肪组织细胞核中HSL表达水平降低（图S2L）。同时，HSL-KO/HSL-NLS小鼠的体脂和脂肪组织重量下降，脂肪细胞标志物表达没有明显差异（图S2M-S2O）。这些数据表明，细胞核内的HSL积累水平是维持脂肪组织质量的重要因素。

接下来，为了在病理生理条件下研究核HSL对脂肪组织增长的意义，研究人员构建了高脂饮食喂养（HFD）的HSL-KO小鼠和HSL-NLS小鼠。结果表明，HSL-NLS和HSL-WT小鼠在体脂、白色脂肪组织重量和肝脏重量、脂肪细胞标志物的基因表达水平、血浆葡萄糖和胰岛素水平方面表现出相似性（图2G-2I，S2Q）。然而，与HSL-WT小鼠相比，HSL-KO小鼠表现出脂肪萎缩，伴有肝脏肿大，葡萄糖和胰岛素水平上调（图2J-2L，S2R）。

HSL在睾丸中也有所表达（图S2S）。有研究表明由于缺乏HSL酶活性，HSL-KO雄鼠不育。在此，研究人员发现HSL-NLS纯合雄鼠同样不育（与HSL-NLS纯合雄鼠交配的11只雌鼠产仔数为0只，而与HSL-WT/HSL-NLS杂合雄鼠交配的6只雌鼠平均产仔数为13±5只）。综上所述，研究结果表明核HSL积累即能维持脂肪组织质量，但仍不能保持雄鼠的生育能力，这进一步表明核HSL在脂肪细胞中具有特定作用。

图2.核HSL调控脂肪组织重量

图S2.HSL表达水平变化引起小鼠表型变化

3.HSL调节线粒体代谢和细胞外基质重塑

前文研究结果显示，HSL与脂肪细胞核中pre-mRNA的加工蛋白存在相互作用，这提示了HSL参与调控基因表达。于是，研究人员在人脂肪细胞（来源于hMADS3）中敲减LIPE以抑制HSL表达（图3A，3B和S3A），并进行转录组分析。结果显示，脂肪细胞中敲减HSL会导致受转录生长因子β（TGF-β）调节的细胞外基质（ECM）重塑相关通路下调，而线粒体代谢相关通路上调（图3C，S3B）。研究人员进一步实验验证敲减HSL的脂肪细胞中线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）相关基因、棕色化相关基因的表达显著上调，而TGF-β靶基因的表达水平显著下调（图S3C）。同时，在另一种人脂肪细胞系（来源于hMADS2）以及来自基质血管祖细胞的原代人脂肪细胞中，也有相似的结果（图S3D，S3E）。与基因表达结果一致，人脂肪细胞培养基的蛋白质分泌组分析结果显示，敲减HSL显著抑制了许多由TGF-β调控的肽的水平（图3D）。敲减HSL诱导的线粒体基因表达上调伴随着线粒体DNA含量的增加，以及OXPHOS和解偶联蛋白1（UCP1）蛋白表达水平的升高（图3E，3F和S3F）。同时，敲减HSL显著促进了脂肪细胞的耗氧率和脂肪酸氧化水平（图3G，3H和S3G）。重要的是，在人米色脂肪细胞中敲减HSL会导致相似的结果，表明白色和米色脂肪细胞对于HSL缺失的反应是相似的（图S3H-S3M）。这些数据表明，敲减HSL会抑制TGF-β相关靶基因表达，促进线粒体氧化磷酸化水平。

图3.人脂肪细胞中敲减HSL调控线粒体氧化磷酸化和TGF-β相关靶基因表达

图S3.敲减HSL对白色和米色脂肪细胞的影响

4.核HSL以不依赖于酶活性的方式调控线粒体

接下来，研究人员探究了HSL的酶活性在调控线粒体功能中的作用。首先，研究人员构建了一种编码天然存在的无催化活性的HSL（HSL[s]）载体（小编注：该无活性的HSL[s]最初在人类脂肪组织中检测到。HSL[s]是由选择性剪接产生的截短形式的HSL，其缺失了第6外显子，导致催化结构域中关键的丝氨酸残基缺失从而无催化活性，但仍可被cAMP依赖性蛋白激酶磷酸化。随后研究人员在人类表达HSL的组织（睾丸、肾上腺、乳腺、胎盘、骨骼肌、白色脂肪组织）中均检测到HSL[s]，但在新生儿棕色脂肪组织中未检测到HSL[s]。此外研究人员在小鼠、大鼠、兔、狗中均未检测到HSL[s]。由于HSL[s]不具有脂解酶活性，且在脂解水平较低的个体中表达量更高，研究人员推测其可能作为内源性竞争性抑制剂，通过竞争脂滴结合位点或磷酸化信号，负向调控全长HSL的活性，参与调控脂解过程。），并将其转进HEK293T细胞。结果表明，表达HSL[s]显著抑制了OXPHOS蛋白水平（图S4A，S4B），提示HSL对线粒体的调控可能不依赖于其催化活性。在人脂肪细胞分化中，由于添加了胰岛素以及缺乏cAMP激动剂，促使细胞处于抗脂解环境中，脂解水平保持在最低状态，因此敲减HSL并不能进一步抑制脂解（图S4C）。这表明敲减HSL介导的线粒体氧化磷酸化上调，独立于细胞的脂解水平变化。此外，用HSL催化位点的小分子抑制剂（BAY 59-9435）长期处理人脂肪细胞并不影响线粒体相关基因的表达（图4A）。这些结果表明HSL调控线粒体功能与它催化脂解的酶活性无关。在脂解过程中，脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）调控甘油三酯水解第一步，位于HSL调控脂解的上游。然而，与敲减HSL上调线粒体相关基因不同，在人脂肪细胞中敲减ATGL（由PNPLA2基因编码）并不影响线粒体相关基因的表达（图4B和S4D）。据报道，HSL能够生成过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）的内源性配体，而PPARγ能调控线粒体生物合成。于是，研究人员用PPARγ激动剂、拮抗剂或二者联用处理人脂肪细胞，发现均不能影响敲减HSL诱导的线粒体基因表达上调（图4C），因此HSL调控线粒体基因表达与PPARγ的活性无关。综上所述，HSL是脂肪细胞中线粒体基因表达的重要调控因子，其作用独立于脂解功能及PPARγ通路。

此外，在人前体脂肪细胞中表达HSL-NLS显著抑制了线粒体相关基因的表达（图S4E，S4F）；在HEK293T细胞中表达HSL-NLS也抑制了OXPHOS相关mRNA和蛋白水平，同时抑制了基础OCR水平（图4D-4G）。接下来，研究人员向小鼠的脂肪垫中注射催化位点丝氨酸突变（S423A）的核定位HSL的腺相关病毒（AAV-HSL-S423A-NLS），使脂肪组织中核HSL的表达量为对照组的1.5倍（图4H，4I）。在脂肪组织中适度过表达核HSL对小鼠体重及脂肪组织重量无明显影响，但显著抑制了OXPHOS蛋白水平（图4J，4K和S4G）。此外，过表达该催化失活的核HSL并不影响血浆中甘油和游离脂肪酸的水平（图S4H）。然而，与对照组相比，过表达HSL-S423A-NLS的小鼠表现出葡萄糖耐量下降，并伴有血浆胰岛素与葡萄糖水平的升高的现象（图4L，4M）。以上结果表明，催化失活的HSL在细胞核内的积累足以影响脂肪细胞的线粒体功能，并可能进一步影响全身代谢。

图4.核HSL以不依赖于酶活性的方式调控线粒体

图S4.核HSL以不依赖于酶活性的方式调控线粒体基因与蛋白表达

5.HSL抑制PPARγ共激活因子1-α（PGC-1α）

研究人员发现在敲减HSL的人脂肪细胞中，PPARGC1A （编码PGC-1α）mRNA水平显著升高（图S3C，S3E和S3I），并且白色和米色人脂肪细胞中PGC-1α蛋白水平均升高，而PGC-1β表达水平无显著差异（图5A，5B），提示HSL可能通过PGC-1α调控线粒体。与HSL-WT小鼠相比，HSL-KO小鼠脂肪组织内PGC-1α蛋白表达水平升高，而HSL-NLS小鼠脂肪组织中PGC-1α表达水平无明显变化（图5C，5D）。进一步地，在敲减HSL的白色和米色人脂肪细胞中，PPARGC1A mRNA及其pre-mRNA水平均上调，这与前文HSL能够与pre-mRNA加工蛋白互作的结果一致（图5E，5F）；同时，敲减HSL不影响PPARGC1A mRNA的稳定性（图5G）。这些结果表明HSL参与调控PPARGC1A pre-mRNA合成。随后，研究人员在人脂肪细胞中同时敲低HSL和PGC-1α，发现敲减PGC-1α显著抑制了由敲减HSL诱导的线粒体基因上调效应（图5H，5I），但不影响TGF-β靶基因的表达水平（图5J）。综上所述，敲减HSL能促进PPARGC1A pre-mRNA的合成，进而通过PGC-1α依赖途径调控脂肪细胞能量代谢，而TGF-β靶基因的下调则由其他机制调控。

图5.PGC-1α在敲减HSL的脂肪细胞中的调控作用

6.TGF-β信号通路调控HSL在细胞核中的积累

接下来，研究人员探究了敲减HSL对TGF-β信号通路的调控作用。研究发现，敲减HSL不影响人脂肪细胞分泌的TGF-β1的蛋白水平（图S5A）。采用TGF-β I型受体抑制剂处理人脂肪细胞可抑制血小板反应蛋白1（THBS1，经典TGF-β靶基因）的mRNA水平，促进PPARGC1A mRNA水平；而外源补充重组TGF-β1则有相反的作用（图S5B）。随后，研究人员在敲减HSL的人脂肪细胞中使用TGF-β I型受体抑制剂进行联合处理，然而，联合处理并不能进一步诱导线粒体基因表达（图S5C），这提示敲减HSL所诱导的线粒体基因上调与TGF-β信号通路有关。有研究表明，SMAD3是TGF-β信号通路的关键胞内效应分子，可参与调控小鼠脂肪组织及肾脏中PGC-1α的表达（小编注：据报道，全身敲除Smad3促进小鼠白色脂肪组织棕色化，促进UCP1等产热基因的表达和全身能量消耗增加。同时，Smad3缺失或抑制TGF-β显著促进了小鼠脂肪组织中PGC-1α的表达和线粒体生物发生。研究人员进一步证实，在3T3-L1细胞中，Smad3能与PPARGC1A启动子上的Smad结合元件SBE结合从而抑制其转录，并且TGF-β以Smad3依赖的方式调控PGC-1α表达。因此，在脂肪组织中阻断TGF-β/Smad3信号可解除对PGC-1α的抑制，进而激活下游的线粒体生成与产热程序，为抗肥胖和糖尿病提供了潜在治疗策略。在肾脏中，激活TGF-β信号通路以SMAD3依赖的方式显著抑制了PGC-1α的水平。研究人员通过分析公共数据库中人胚胎干细胞ChIP-seq数据（GSE29422），发现SMAD3能直接结合到PPARGC1A的一个增强子区域，提示SMAD3可能直接调控PGC-1α的表达，但研究人员并没有在肾脏中对此机制作进一步验证。由于PGC-1α是调控线粒体功能和脂肪酸氧化的核心因子，PGC-1α的减少导致肾小管上皮细胞的脂肪酸氧化能力受损，引发ATP耗竭、细胞内脂质异常堆积、细胞凋亡以及去分化，最终导致肾脏纤维化。而过表达PGC-1α或使用药物激活其上游调控因子PPARα，能够恢复脂肪酸氧化，有效改善肾脏纤维化。这些发现共同揭示了TGF-β/SMAD3/PGC-1α轴在肾脏纤维化中的重要作用，为干预慢性肾脏病提供了潜在治疗靶点。）。于是，研究人员在人脂肪细胞中敲低SMAD3，结果显示，与联合使用TGF-β I型受体抑制剂一致，在敲低SMAD3的人脂肪细胞中同时敲低HSL无法进一步诱导线粒体相关基因表达，也不影响细胞耗氧率（图6A，6B和S5D），提示HSL与SMAD3协同调控线粒体基因表达和功能。此外，在抑制TGF-β I型受体或敲低SMAD3的基础上，进一步敲低HSL也不再影响TGF-β靶基因的表达（图6A和S5C）。据报道，在经典TGF-β通路中，激活的SMAD3与SMAD4形成复合物并转移到细胞核中。然而，在敲低SMAD4的基础上，敲减HSL仍能调控线粒体相关基因和TGF-β靶基因的表达（图S5D，S5E）。这些结果表明HSL通过与SMAD3有关而与SMAD4无关的非经典TGF-β信号途径调控脂肪细胞中TGF-β靶基因及线粒体基因的表达。

拓展阅读：TGF-β信号通路

TGF-β信号通路是调控细胞生长、分化、迁移和凋亡的核心信号网络，广泛参与胚胎发育、组织稳态、免疫调节及疾病发生。主要分为经典（Smad依赖性）和非经典（Smad非依赖性）两大途径。经典TGF-β信号通路依赖于Smad蛋白家族，当TGF-β配体与细胞膜上的TGF-β II型受体结合后，会招募并磷酸化TGF-β I型受体，形成活化的受体复合物。该复合物进而磷酸化下游的受体调节型Smads（R-Smads），主要是Smad2和Smad3。磷酸化的Smad2/3与通用伴侣Smad4结合形成复合物，转运入细胞核内。在核中，该复合物与特定DNA序列结合，并招募转录共激活因子或共抑制因子，从而调控靶基因的转录。此外，经典TGF-β信号通路受Smad7抑制。经典TGF-β信号通路功能主要包括诱导细胞周期停滞、驱动上皮-间质转化、促进细胞外基质（ECM)形成（导致组织纤维化，如图3D中标记的TGF-β调控肽均与ECM形成相关，是ECM中胶原（如COL1A1、COL11A1、COL21A1）、糖蛋白组分（如FN1）或桥接成分（如POSTN、COMP、THBS1、THBS3、TNC），或参与调控ECM形成和组装（如TGFβ1、TIMP1、LOX、LOXL1、LOXL2等），这些基因通常受TGF-β经典信号途径调控）、调节免疫耐受以及诱导细胞凋亡等。非经典TGF-β信号通路则不依赖于Smad蛋白的转录活性，而是由活化的TGF-β受体直接启动其他激酶级联反应，从而实现快速、非转录依赖的细胞响应。主要包括：MAPK通路（如ERK、JNK、p38等），介导细胞增殖、应激反应和迁移；PI3K/Akt/mTOR通路，调控细胞存活、代谢重编程和蛋白质合成；Rho GTPase通路，调控细胞骨架重组，控制细胞形态与运动能力。非经典TGF-β信号通路主要调控细胞的即时适应性行为，如细胞骨架动态变化、定向迁移、应激生存等。在此，由于HSL调控基因表达功能仅与SMAD3有关而与SMAD4无关，研究人员认为这可能涉及一种非经典的TGF-β信号途径，但并没有对此进一步研究。

[1] Yan Tie, et al. Mol Biomed 3, 45 (2022).

此前的结果表明HSL的脂解催化活性不参与调控基因表达，研究人员进一步探究HSL是否与SMAD3结合发挥作用。免疫共沉淀与PLA实验结果表明，HSL与SMAD3在脂肪细胞的细胞质、细胞核以及表达HSL-NLS的HEK293T细胞中均存在相互作用（图6C和S6A-S6C），但HSL与SMAD4间不存在相互作用（图S6D，S6E）。在人脂肪细胞中敲低SMAD3（而非SMAD4）可显著降低核HSL水平（图6D，S6F）；同样的，敲低HSL也抑制SMAD3的核定位（图6E）。此外，用重组TGF-β1处理人脂肪细胞可促进SMAD3磷酸化及核转位，并促进HSL核内积累，但不影响HSL磷酸化水平（图6F和S6G）。TGF-β1还能促进SMAD3/HSL及SMAD3/SMAD4复合物形成，但未促进SMAD4与HSL结合（图6G，6H和S6H）。同样的，TGF-β1处理小鼠脂肪组织外植体也能诱导HSL核内积累（图S6I）。与对照组相比，HFD小鼠脂肪组织细胞核内HSL/SMAD3复合物及HSL均增多（图6I和S6J）（小编注：在此研究人员发现相对于正常饮食的小鼠，HFD小鼠脂肪组织细胞核中HSL增多，但研究人员并没有对此做生理意义的检验，在讨论部分有提到肥胖状态下核HSL的增多可能与脂肪组织功能障碍和全身代谢紊乱有关。我们认为这里的实验结果首先说明HFD能激活细胞核HSL调控机制。相对于正常饮食，肥胖状态下脂肪组织细胞核中HSL/SMAD3增多，持续抑制线粒体基因表达，导致线粒体功能下降，细胞氧化代谢水平受到抑制，这与肥胖小鼠脂肪组织功能障碍、代谢紊乱的表型吻合。同时，HSL/SMAD3入核增多还会促进TGF-β靶基因表达，主要包括细胞外基质相关基因表达，从而导致脂肪组织纤维化，这也与肥胖小鼠脂肪组织纤维化的表型一致。因此，这里的结果表明肥胖诱导的HSL/SMAD3入核可能是肥胖病理表型的原因之一，提示靶向TGFβ/SMAD3/HSL可能可以改善肥胖引发的脂肪组织功能障碍。）。这些结果揭示，脂肪细胞中TGF-β介导的SMAD3激活可诱导SMAD3/HSL复合物的形成，而SMAD3/HSL复合物入核促进了HSL的核内积累。

图6.HSL与SMAD3的相互作用促进HSL向核内的运输

图S5.SMADs对核内HSL的作用

图S6.TGF-β信号调控HSL核内积累

7.PKA信号调控HSL核输出

在明确了HSL入核机制后，研究人员进一步探究了HSL的核输出过程。研究人员用核输出蛋白1（exportin 1/ Chromosome region maintenance 1，CRM1）特异性抑制剂leptomycin B处理人脂肪细胞，显著促进了HSL核内积累（图7A和S7A）。这一现象表明，HSL在核质间存在持续的动态穿梭。与此相符，LocNES与NetNES算法预测在HSL调控结构域内存在一个潜在的核输出信号（NES）序列（图S7B），并且突变该NES序列显著促进了HSL核内积累（图S7C）。（小编注：蛋白激酶A （PKA）全酶由两个调节（R）亚基和两个催化（C）亚基组成，cAMP可结合PKA全酶的R亚基，促进C亚基释放并激活。核内PKA通常与A型激酶锚定蛋白95（AKAP95，是唯一特异定位于细胞核的AKAP）和磷酸二酯酶4D5（PDE4D5，PDE4D的亚型）组成核信号复合体。核内PKA主要通过磷酸化转录因子发挥转录调控的作用，在人类羊膜成纤维细胞中皮醇质通过糖皮质激素受体进入核内诱导AKAP95表达水平升高，通过形成AKAP95-PKA-cAMP复合物进而将由胞质扩散进入核内的cAMP进行锚定。核内PKA主要由核内cAMP水平调控，但细胞核内的cAMP有自身独特的调控机制。通常，细胞质内的cAMP会很快被细胞质中的磷酸二酯酶3（PDE3）水解，仅有小部分cAMP能够扩散进入细胞核内。而在细胞核内，与PKA形成复合物的PDE4也会严格调控局部cAMP的积累，避免PKA的随机激活，同时使PKA能够对特定局部cAMP信号作出响应。此外，也有研究发现，在PCCL3细胞中，细胞核cAMP水平升高主要通过核内的局部可溶性腺苷酸环化酶（sAC）活化，细胞质中cAMP通过Epac-Rap-PLCε通路增加细胞质Ca²⁺水平，导致Ca²⁺进入细胞核激活核内sAC，从而促进cAMP在核内的原位生成，激活核内PKA。）。而当用TGF-β1与forskolin联合处理人脂肪细胞时，研究人员发现forskolin诱导的HSL核输出效应强于TGF-β1介导的HSL核内积累（图7D）。forskolin诱导的HSL核输出导致HSL与核内SMAD3相互作用减弱，而不影响核内SMAD3水平（图7E，S7D和S7E）。此外，在体外通过剥夺葡萄糖与胰岛素模拟禁食状态，能促进人脂肪细胞中HSL磷酸化及核输出（图S7F-S7H）。随后，研究人员在小鼠脂肪组织中验证这种cAMP依赖的调控机制。β3-肾上腺素能受体激动剂CL316，243急性处理或禁食均能导致小鼠脂肪组织细胞核内HSL含量显著降低（图7F，7G）。这些结果共同表明，PKA通过调控HSL从细胞核向脂滴的转位，从而实现对能量状态变化的动态响应。

图7.PKA信号调控HSL核输出

图S7.PKA信号通路调控核内HSL含量

总结

本文中，研究人员发现脂肪细胞HSL除了能定位于细胞质中调控脂解，还存在于细胞核中。脂肪细胞核内HSL对于脂肪组织的维持至关重要，能通过酶活非依赖性途径调控线粒体氧化磷酸化和细胞外基质产生，从而调控脂肪细胞能量稳态和全身代谢。机制上，HSL通过与TGF-β信号介质——SMAD3形成复合物入核，在细胞核中积累，调控基因表达；PKA信号通路则能调控HSL的核输出。总之，HSL通过持续的核质穿梭，发挥核因子或细胞质酶的作用，从而在维持脂肪组织稳态和全身代谢中发挥关键作用。（小编注：之前的研究发现在禁食等能量缺乏的情况下，PKA调控HSL磷酸化和核输出，定位到脂滴上促进TG水解，产生FFA。本文发现，在能量充足的情况下，TGFb1促进HSL入核，抑制线粒体基因表达有助于减少能量消耗，促进能量储存；而促进细胞外基质相关基因表达，则有助于形成更稳定的细胞外基质，维持细胞形态稳定，为储存甘油三酯创造良好的物理条件，避免脂肪细胞扩张过程中过度肥大或死亡。例如在本文中HSL-NLS小鼠脂肪组织重量、脂肪细胞形态、代谢与WT小鼠一致，而HSL-KO小鼠脂肪萎缩、代谢紊乱，表明能量充足情况下核HSL可能对于形成更稳定的细胞外基质以及促进能量储存十分重要。因此，能量充足条件下，HSL入核可能是细胞为应对未来可能的能量短缺的方式之一，是细胞面对能量波动的适应性调节方式。然而，在肥胖等病理条件下，机体长期处于能量过剩的状态下，HSL入核调控程序持续性激活，可能长期抑制线粒体生成和促进ECM产生，这也可能是导致肥胖等条件下脂质储存过多和脂肪组织纤维化的原因。）

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1550413125004334?via%3Dihub

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