SLC35A4-MP缺失导致棕色脂肪组织线粒体结构与功能异常：揭示新型微蛋白在代谢调控中的关键作用

本研究聚焦上游开放阅读框（uORF）编码的线粒体微蛋白SLC35A4-MP，通过构建基因敲除小鼠模型，揭示其在棕色脂肪组织（BAT）代谢应激（高脂饮食和冷暴露）中的关键作用。研究发现，SLC35A4-MP缺失导致线粒体脂质组成改变（心磷脂CL和磷脂酰乙醇胺PE减少）、线粒体形态异常（数量减少且体积增大）及脂肪酸氧化缺陷（酰基肉碱积累），同时引发炎症反应。该成果发表于《Science Advances》，为代谢疾病治疗提供了新靶点。

　　

在生命科学领域，传统观点认为一个信使RNA（mRNA）仅编码一种蛋白质，但近年研究发现上游开放阅读框（uORF）可编码具有独立功能的微蛋白（microprotein），挑战了这一认知。这些微蛋白虽小（通常<100个氨基酸），却在细胞生理过程中扮演重要角色。例如，肌肉中的肌调节蛋白（myoregulin）通过调控肌浆网钙泵（SERCA）活性影响收缩功能，而线粒体延伸因子1（MIEF1）的uORF编码的微蛋白能调控线粒体分裂。然而，多数微蛋白的功能仍属未知，尤其在代谢活跃的组织如棕色脂肪组织（BAT）中。BAT是哺乳动物非颤抖性产热的关键场所，其线粒体富含心磷脂（CL）等特殊脂质，但线粒体微蛋白如何参与这一过程尚不清楚。

为探索这一问题，研究人员聚焦于溶质载体家族35成员A4（SLC35A4）mRNA的uORF编码的微蛋白SLC35A4-MP。此前研究表明，这一103个氨基酸的微蛋白定位于线粒体内膜（IMM），在细胞系中敲除会导致呼吸功能下降。然而，其在生理条件下的功能及其与“主蛋白”SLC35A4的关系仍是谜团。

关键技术方法

研究通过CRISPR-Cas9靶向敲除小鼠SLC35A4 uORF，构建SLC35A4-MP缺失模型；利用蛋白质组学（TMT标记）和脂质组学（LC-MS/MS）分析高脂饮食（HFD）和冷暴露下BAT的分子变化；结合透射电镜（TEM）观察线粒体超微结构；通过免疫沉淀-质谱（IP-MS）筛选潜在互作蛋白；采用Seahorse能量代谢分析仪检测线粒体呼吸功能。

研究结果

组织分布与HFD调控

SLC35A4-MP在肾脏和BAT中高表达，HFD喂养使其在BAT中上调2.5倍，提示其参与代谢应激响应。

基因敲除模型验证

敲除小鼠无显著表型异常，但蛋白质组学证实SLC35A4主蛋白在生理条件下几乎不表达，而SLC35A4-MP在公共数据库（如MassIVE-KB）中检测到1676条肽段，支持其为主要功能产物。

脂代谢与线粒体结构异常

HFD喂养的敲除小鼠BAT中：

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  脂滴尺寸减小，总甘油三酯降低

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  心磷脂（CL）和磷脂酰乙醇胺（PE）减少，磷脂酸（PA）增加

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  线粒体数量减少40%，体积增大且形态拉长（长轴/短轴比升高）

炎症与ECM重塑

蛋白质组学显示线粒体蛋白（如PERM1、CHCHD7）减少，而炎症标志物（如LGALS3、ICAM1）和细胞外基质（ECM）蛋白（如胶原COL6A3）增加，免疫组化证实巨噬细胞浸润增多。

冷暴露下的功能缺陷

敲除小鼠急性冷暴露（6小时）时体温调节能力下降，BAT中酰基肉碱（如AcCa 16:0）积累，提示脂肪酸氧化（FAO）受阻；线粒体形态异常加剧。

分子机制线索

IP-MS筛选出62个潜在关联蛋白（如β氧化酶HADHA），富集于线粒体内膜代谢通路，但未发现直接互作的线粒体分裂/融合蛋白（如DRP1）。

讨论与意义

该研究首次揭示SLC35A4-MP通过维持线粒体脂质稳态（尤其是CL和PE）保障BAT功能，其缺失导致“线粒体-脂代谢-炎症”轴紊乱。这一发现拓展了微蛋白的生理功能图谱，为代谢疾病（如肥胖相关脂肪组织功能障碍）提供了新干预靶点。值得注意的是，SLC35A4-MP与另一uORF微蛋白MP31（调控乳酸代谢）共同证明，保守uORF编码的微蛋白在进化中可能被“选择性忽视”，却具有不可替代的生理功能。未来研究需解析SLC35A4-MP的具体作用机制（如是否影响CL合成酶活性）及其在心脏等线粒体丰富组织中的功能。