打破传统认知：“无用” 肌酸循环助力棕色脂肪产热新发现

《Nature Communications》：The Futile Creatine Cycle powers UCP1-independent thermogenesis in classical BAT

为探究经典棕色脂肪组织（BAT）中不依赖解偶联蛋白 1（UCP1）的产热机制，研究人员开展了关于 “无用” 肌酸循环（FCC）的研究。结果发现 FCC 是经典 BAT 中关键的 UCP1 非依赖产热机制，挑战了传统观点，为理解 BAT 功能和代谢调控提供新视角。

　　在寒冷的冬天，当人们裹着厚厚的棉衣瑟瑟发抖时，身体里有一种神奇的组织正努力工作来维持体温，那就是棕色脂肪组织（BAT）。一直以来，人们认为 BAT 主要依靠解偶联蛋白 1（UCP1）进行产热，通过诱导质子泄漏来实现。然而，这种依赖 UCP1 的产热机制并非完美无缺，科学家们发现，在某些情况下，即使 UCP1 缺失，BAT 似乎仍有产热的能力，这让他们意识到，可能存在尚未被发现的 UCP1 非依赖产热途径。而且，BAT 的产热功能不仅关系到体温调节，还与代谢健康密切相关，研究清楚其产热机制，对于治疗肥胖、代谢综合征等疾病有着重要意义。

为了揭开这个谜题，来自加拿大麦吉尔大学（Rosalind & Morris Goodman Cancer Institute、Department of Biochemistry）的研究人员开展了深入研究。他们发现，“无用” 肌酸循环（FCC）是经典 BAT 中一种关键的 UCP1 非依赖产热机制，这一发现挑战了传统观点，为人们理解 BAT 的功能和代谢调控提供了全新的视角。该研究成果发表在《Nature Communications》杂志上。

研究人员在此次研究中主要运用了以下几种关键技术方法：一是基因编辑技术，构建了多种基因敲除和过表达小鼠模型，如 iADKO^Ckb,Ucp1小鼠，通过精准调控基因表达来研究相关基因在 BAT 产热中的作用；二是病毒载体介导的基因传递技术，利用腺相关病毒（AAV） - FLEX 系统，实现了在体内棕色脂肪细胞中选择性表达目标蛋白；三是代谢检测技术，通过间接 calorimetry 测量小鼠在冷暴露下的能量消耗，评估其产热能力，还运用了 respirometry 测定棕色脂肪细胞的氧消耗率，探究细胞水平的产热机制。

研究结果如下：

1. 棕色脂肪细胞中蛋白的选择性表达：研究人员利用 AAV - FLEX 系统，在体内棕色脂肪细胞中实现了选择性蛋白表达。该系统在 Cre/LoxP 重组和鸡 β - 肌动蛋白启动子与巨细胞病毒增强子的控制下，使蛋白表达具有高度特异性。通过皮下注射 AAV - FLEX - GFP - FLAG，研究发现 GFP 在 AdipoqCre⁺小鼠的棕色脂肪细胞中特异性表达，而在 AdipoqCre^-小鼠中不表达，且在成熟棕色脂肪细胞中表达丰富，在基质血管部分（SVF）几乎不表达。这一结果表明 AAV - FLEX 介导的蛋白合成依赖于 Cre 重组酶活性，能够在体内棕色脂肪细胞中精确表达蛋白。
2. 棕色脂肪细胞中蛋白的时空表达：FCC 涉及肌酸激酶 b（CKB）和组织非特异性碱性磷酸酶（TNAP）在线粒体内的协同作用，促进 ATP 周转。研究人员通过构建多种 AAV - FLEX 载体，包括编码 GFP - FLAG、CKB - FLAG、L - CKB 和 L - GFP 的载体，在 iADKO^Ckb,Ucp1小鼠的 BAT 中进行表达。结果显示，融合 LACTB 可增强蛋白与线粒体的共定位，且 L - CKB 在 BAT 线粒体中的表达增加了肌酸激酶活性。此外，免疫荧光分析证实 L - CKB 在 PLIN1⁺细胞中特异性表达，而在白色脂肪组织中无显著表达。这表明 AAV - FLEX 介导的蛋白表达能够实现时空控制，为研究 FCC 对产热的贡献奠定了基础。
3. FCC 在经典 BAT 中维持体温的作用：由于 CKB 和 UCP1 在产热中具有平行功能，iADKO^Ckb,Ucp1小鼠表现出冷不耐受的表型。研究人员给 iADKO^Ckb,Ucp1小鼠注射 AAV - FLEX - LACTB - GFP - FLAG 或 AAV - FLEX - LACTB - CKB - FLAG，结果发现，表达 L - CKB 的小鼠在冷暴露下的存活率显著提高，且 L - CKB 蛋白表达水平与冷存活时间显著相关。而表达 L - GFP 的小鼠大多冷敏感，能量消耗在冷暴露下迅速下降。此外，研究还发现 iADKO^Alpl,Ucp1小鼠比单敲 Ucp1 的小鼠对寒冷更敏感，这进一步证实了 FCC 在经典 BAT 维持体温中的重要作用。
4. FCC 在经典棕色脂肪细胞中的产热作用：为了研究棕色脂肪细胞的内在产热能力，研究人员通过手术引导直接将 AAV - FLEX - LACTB - GFP - FLAG 或 AAV - FLEX - LACTB - CKB - FLAG 注射到 iADKO^Ckb,Ucp1小鼠的 BAT 中，然后分离棕色脂肪细胞进行 respirometry 分析。结果显示，刺激表达 L - CKB 的棕色脂肪细胞，其氧消耗率显著增加，且该产热反应完全依赖于线粒体 ATP 合成，TNAP 抑制可显著降低其产热。此外，表达 L - CKB 的细胞在质子载体介导的呼吸中表现出更高的能力，且体内 NA 诱导的产热在表达 L - CKB 的小鼠中更强。这些结果表明经典棕色脂肪细胞具有强大的 UCP1 非依赖产热能力，由 FCC 和可能的 FCC 非依赖途径驱动。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了经典棕色脂肪细胞可通过 FCC 依赖和 FCC 非依赖途径进行产热，挑战了传统认为其仅依赖 UCP1 产热的观点。虽然 FCC 在产热中起着关键作用，但 UCP1 非依赖产热的具体机制仍有待进一步研究，FCC 非依赖途径的本质也需要更多探索。这一研究成果对于深入理解 BAT 的功能和代谢调控具有重要意义，为开发针对代谢性疾病的治疗策略提供了新的靶点和理论依据。