王世銀 寧程程 牛 嘉 張 偉*

(1.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北畜禽健康養(yǎng)殖技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,昌吉 831100;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院西部農(nóng)業(yè)研究中心,昌吉 831100)

脂質(zhì)在有機(jī)體能量供應(yīng)、膜結(jié)構(gòu)構(gòu)建和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等生命活動(dòng)中發(fā)揮著重要作用,在細(xì)胞中,大量的脂質(zhì)儲(chǔ)存在脂滴中。由于能量供應(yīng)是各項(xiàng)生命活動(dòng)的基本保障,所以從低等的酵母菌到高等哺乳動(dòng)物的大部分細(xì)胞中都有脂滴。脂滴是一個(gè)獨(dú)立的細(xì)胞器,外層是由磷脂單分子層構(gòu)成的膜,有多種蛋白質(zhì)結(jié)合于膜上,其核心由甘油三酯和固醇酯等脂類物質(zhì)構(gòu)成[1]。細(xì)胞通過(guò)脂滴這樣一個(gè)結(jié)構(gòu)使疏水的脂質(zhì)能夠穩(wěn)定地分散到親水的細(xì)胞質(zhì)中,為高效發(fā)揮脂質(zhì)的生物學(xué)功能奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),同時(shí)又可緩沖細(xì)胞中過(guò)量脂質(zhì)合成或細(xì)胞器崩解釋放的游離脂肪酸所導(dǎo)致的細(xì)胞脂毒性[2],在細(xì)胞水平發(fā)揮對(duì)有機(jī)體的保護(hù)作用。脂滴是一個(gè)多樣化的細(xì)胞器,細(xì)胞中脂滴的數(shù)量和大小,膜上結(jié)合的蛋白質(zhì)及其中包含的脂質(zhì)種類,均因細(xì)胞的類型、生理狀態(tài)而存在較大的差異[3-6]。已有的研究結(jié)果表明,除了參與脂質(zhì)代謝以外,脂滴還在基因表達(dá)、蛋白質(zhì)折疊、限制氧自由基水平和藥物活性調(diào)節(jié)等生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮調(diào)控作用[7-10],脂滴功能異常與多種人類疾病密切相關(guān)[11-12]。有研究發(fā)現(xiàn)老年人腦小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中有大量的脂滴積累,這類細(xì)胞的吞噬能力很低,同時(shí)會(huì)產(chǎn)生高水平的氧自由基和炎性細(xì)胞因子,這可能與老年人腦神經(jīng)退行性病變直接相關(guān)[12]。正是由于脂滴生物學(xué)功能的多樣性,一直以來(lái)都是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的焦點(diǎn)。本文就脂滴結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)變化、與其他細(xì)胞器的相互作用及其生物學(xué)功能等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,旨在為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。

1 脂滴的基本結(jié)構(gòu)

脂滴是由磷脂單分子膜包裹脂質(zhì)而形成的一個(gè)球形細(xì)胞器,其膜的表面結(jié)合著不同種類的蛋白質(zhì)[1,13](圖1)。隨著白色脂肪細(xì)胞的分化,大量小脂滴相互融合為一個(gè)大脂滴,其直徑可達(dá)100 μm以上,幾乎充滿了整個(gè)細(xì)胞。在其他類型細(xì)胞中,脂滴一般較小,直徑在0.1～5.0 μm,呈分散或聚集狀態(tài)。

a:熒光顯微鏡拍攝的人乳腺癌細(xì)胞SUM159中的脂滴(綠色熒光) lipid droplets (green fluorescence) in human breast cancer cell SUM159 photographed by fluorescence microscope;b:電鏡下果蠅S2細(xì)胞中的脂滴 lipid droplets in S2 cells of Drosophila melanogaster under electron microscope;c:脂滴結(jié)構(gòu)模式圖 lipid droplet structure model diagram。

脂滴是細(xì)胞中唯一具有單層膜結(jié)構(gòu)的細(xì)胞器,構(gòu)成膜的磷脂主要包括磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、溶血磷脂酰膽堿和溶血磷脂酰乙醇胺等[14],磷脂的種類對(duì)脂滴的形態(tài)和功能維持至關(guān)重要。在脂滴形成的起始階段,脂滴膜中的磷脂來(lái)源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的外側(cè)膜。此后,為了維持脂滴的不斷生長(zhǎng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的穩(wěn)定,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)必須持續(xù)合成磷脂并轉(zhuǎn)運(yùn)至脂滴和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中[15],但是維持并動(dòng)態(tài)調(diào)整脂滴膜磷脂構(gòu)成的機(jī)制尚未被闡明。

脂滴核心主要由甘油三酯和固醇酯構(gòu)成,其比例因細(xì)胞種類和狀態(tài)而異。目前已在其中發(fā)現(xiàn)了100多種中性脂肪[16-18],而且隨著檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展,可能會(huì)有更多種脂質(zhì)被發(fā)現(xiàn)。脂滴核心成分的多樣性,也從另一個(gè)側(cè)面印證了脂滴生物學(xué)功能的多樣性。脂滴核心可能具有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu),冷凍電鏡觀察到脂滴核心呈洋蔥狀的同心結(jié)構(gòu)[19],提示核心中不同脂質(zhì)可能呈規(guī)律性的分布。這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)隨著有絲分裂或營(yíng)養(yǎng)匱乏等細(xì)胞狀態(tài)及所處內(nèi)環(huán)境的變化而發(fā)生重構(gòu),轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N由固醇酯構(gòu)成的液晶外殼包裹內(nèi)部無(wú)定型核的結(jié)構(gòu)[20],但這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的生物學(xué)意義尚不完全清楚。

2 脂滴的特性

2.1 脂滴蛋白及其分類

脂滴通過(guò)結(jié)合在其膜上的各類蛋白質(zhì)發(fā)揮其生物學(xué)功能[21]。哺乳動(dòng)物細(xì)胞脂滴蛋白組由100～150種蛋白質(zhì)構(gòu)成[21],而在酵母中有35～40種[22]。另外,脂滴蛋白組隨細(xì)胞種類及細(xì)胞所處狀態(tài)的不同而有所變化。研究結(jié)果表明,體外培養(yǎng)的小鼠和人類脂肪細(xì)胞在誘導(dǎo)脂肪分解后,脂滴蛋白組的構(gòu)成會(huì)發(fā)生顯著變化[23-24]。脂滴蛋白一般是指結(jié)合在脂滴表面的蛋白質(zhì),至于脂滴內(nèi)部是否有蛋白質(zhì)存在尚無(wú)定論。有相關(guān)研究從脂滴核心中檢測(cè)到了蛋白質(zhì)[25-28],這些蛋白質(zhì)都兼具親水和疏水結(jié)構(gòu)域,可以和磷脂結(jié)合為復(fù)合體而穩(wěn)定地分散在脂滴核心的脂質(zhì)中,但這些蛋白的生物學(xué)功能尚待研究。由此可見(jiàn),深入解析數(shù)量眾多的脂滴蛋白的作用機(jī)制,既是未來(lái)脂滴研究領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn),也將為徹底闡明脂滴在細(xì)胞生命活動(dòng)中的生物學(xué)功能提供依據(jù)。

根據(jù)脂滴蛋白的功能可將其劃分為以下幾類:1)作為脂質(zhì)代謝的酶介導(dǎo)脂滴的生長(zhǎng)、成熟和分解的蛋白,包括催化甘油三酯合成的酶類,例如長(zhǎng)鏈酰基輔酶A合成酶3(long chain acyl-CoA synthetase 3,ACSL3)[29]、甘油-3-磷酸?；D(zhuǎn)移酶4(glycerol-3-phosphate acyltransferase 4,GPAT4)[6]和二酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶2(diacylglycerol acyltransferase 2,DGAT2)[30]等,以及催化甘油三酯分解的酶類,例如脂質(zhì)分解的限速酶脂肪甘油三酯脂肪酶(adipose triglyceride lipase,ATGL)[31]以及激素敏感脂肪酶(hormone-sensitive lipase,HSL)[32]等;2)圍脂滴蛋白(perilipin,PLIN)家族,共有5個(gè)家族成員,包括PLIN1～PLIN5。PLIN家族在穩(wěn)定脂滴結(jié)構(gòu)、整合營(yíng)養(yǎng)調(diào)控信號(hào)、調(diào)控脂質(zhì)分解以及在脂滴與其他細(xì)胞器接觸位點(diǎn)錨定功能蛋白等生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮重要作用[33-35];3)與脂滴形態(tài)調(diào)整相關(guān)的蛋白質(zhì),參與調(diào)控脂滴的融合及在細(xì)胞中的轉(zhuǎn)運(yùn),主要包括誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡DFF45樣效應(yīng)因子(cell death-inducing DEF45-like effector,CIDE)[36]、微管蛋白及其他細(xì)胞骨架蛋白[37],以及可溶性N-乙基馬來(lái)酰亞胺敏感蛋白受體(soluble N-ethylmaleimide-sensitive protein receptor,SNARE)[38]等,其中CIDE家族蛋白有CIDEa、CIDEb和CIDEc這3個(gè)成員,在脂肪組織中高表達(dá),主要介導(dǎo)脂肪細(xì)胞中脂滴的相互融合[39-41];4)參與蛋白質(zhì)降解的相關(guān)蛋白,包括泛素特異蛋白酶33(ubiquitin specific protease 33)[42]、原始廣泛存在蛋白1(ancient ubiquitous protein 1,AUP1)[5]、UBX結(jié)構(gòu)域蛋白8(UBX domain-containing protein,UBXD8)[43-44],這些蛋白質(zhì)存在于脂滴表面說(shuō)明脂滴也參與細(xì)胞中蛋白質(zhì)的降解;5)促使脂滴與其他細(xì)胞器形成穩(wěn)定接觸位點(diǎn)并建立物質(zhì)傳遞通道的蛋白質(zhì)[45-46],例如Ras相關(guān)GTP結(jié)合蛋白(Ras-related GTP binding protein,RAB)與N-乙酰-β-葡萄糖苷酶(N-acetyl-beta-glucosaminidase,NAG)、Rad50整合蛋白1(Rad50 interactor 1,RINT1)和Zeste White 10(ZW10)形成復(fù)合體可使脂滴和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)建立緊密接觸以保障脂滴的生長(zhǎng)[47-48],微管切割蛋白Spastin可通過(guò)與ATP結(jié)合盒亞家族轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白D1(ATP binding cassette subfamily transporter D member 1,ABCD1)結(jié)合使脂滴與過(guò)氧化物酶體接觸,通過(guò)招募內(nèi)體分選轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合物-Ⅲ(endosomal sorting complex required for transport-Ⅲ,ESCRT-Ⅲ)蛋白建立通道促使脂肪酸向過(guò)氧化物酶體轉(zhuǎn)運(yùn)[49];6)其他蛋白質(zhì),這些蛋白質(zhì)大多是折疊錯(cuò)誤或待降解的蛋白質(zhì),在這里脂滴扮演了蛋白暫存庫(kù)的角色,以協(xié)助內(nèi)質(zhì)網(wǎng)啟動(dòng)未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response,UPR)來(lái)消除蛋白質(zhì)毒性脅迫[50-51]。另外,已在多種生物的脂滴表面檢測(cè)到了組蛋白[52-54]。需要說(shuō)明的是,由于對(duì)脂滴的生物學(xué)功能仍缺乏全面、清晰的認(rèn)識(shí),很多脂滴蛋白的功能仍待進(jìn)一步研究。隨著相關(guān)研究結(jié)果的積累,以上分類可能會(huì)進(jìn)一步細(xì)化和擴(kuò)展。

2.2 脂滴蛋白與脂滴膜的定向結(jié)合

脂滴蛋白研究需要闡明的另一個(gè)問(wèn)題是,這些蛋白質(zhì)是如何定向結(jié)合到脂滴膜上的。序列分析結(jié)果表明脂滴蛋白普遍缺乏信號(hào)肽的引導(dǎo),所以其與脂滴膜的定向結(jié)合機(jī)制可能不同于其他細(xì)胞器膜蛋白。已有的研究結(jié)果表明,脂滴蛋白分別來(lái)自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細(xì)胞質(zhì)[55],不同來(lái)源的蛋白質(zhì)與脂滴膜的結(jié)合方式亦不同(圖2)。

圖2 脂滴蛋白與脂滴膜的定向結(jié)合

來(lái)自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的蛋白質(zhì)具有一個(gè)發(fā)卡狀的疏水跨膜結(jié)構(gòu)域[56],此類蛋白質(zhì)一般先與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的外側(cè)膜結(jié)合,然后再轉(zhuǎn)運(yùn)至脂滴膜上,由于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和脂滴膜蛋白組的構(gòu)成存在明顯差異,推測(cè)這種蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)并非自由進(jìn)行,但相關(guān)調(diào)控機(jī)制尚未明確。Puza等[57]通過(guò)微流控技術(shù)制作了磷脂雙層膜結(jié)構(gòu)以模擬內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜結(jié)構(gòu)。將該膜結(jié)構(gòu)與微脂滴混合,發(fā)現(xiàn)微脂滴會(huì)自發(fā)嵌入雙層膜中形成晶狀體樣的結(jié)構(gòu),但在微脂滴膜和雙層膜結(jié)構(gòu)分界面上觀察到明顯的磷脂擴(kuò)散屏障,該屏障可能在限制脂滴膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜之間磷脂和蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮重要作用。有研究揭示了脂滴蛋白UBXD8的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制,該過(guò)程由過(guò)氧化物酶體生物合成因子Peroxin 19(PEX19)和Peroxin 3(PEX3)介導(dǎo),細(xì)胞質(zhì)中的PEX19首先與UBXD8蛋白的疏水片段結(jié)合,然后PEX19通過(guò)與定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的PEX3結(jié)合而將UBXD8定向轉(zhuǎn)運(yùn)至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜表面,UBXD8通過(guò)其發(fā)卡狀的疏水跨膜結(jié)構(gòu)域插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外側(cè)膜,隨后被轉(zhuǎn)運(yùn)到脂滴膜上[58]。PEX3聚集的區(qū)域是否是脂滴發(fā)生的區(qū)域,以及UBXD8定向轉(zhuǎn)運(yùn)的機(jī)制是否也適用于其他脂滴蛋白值得進(jìn)一步研究[2,56]。Song等[59]的研究結(jié)果顯示,來(lái)自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜蛋白分別通過(guò)2個(gè)途徑轉(zhuǎn)移到脂滴膜上,一是在脂滴形成階段通過(guò)由Seipin及其附屬蛋白組成的脂滴組裝復(fù)合體(lipid droplet assembly complexes,LDACs)轉(zhuǎn)移至脂滴膜上,這類膜蛋白一般是GPAT4、ACSL3等膜蛋白產(chǎn)生的一些片段;而完整的GPAT4及其他一些蛋白需要通過(guò)另一條途徑,即通過(guò)膜融合機(jī)制在成熟脂滴膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜之間建立橋狀結(jié)構(gòu),使這類膜蛋白可以從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜轉(zhuǎn)移至脂滴膜上,至于哪些膜蛋白分別通過(guò)這2種途徑完成轉(zhuǎn)移,以及是否還存在其他轉(zhuǎn)移途徑尚待進(jìn)一步研究。

來(lái)自細(xì)胞質(zhì)的脂滴蛋白一般認(rèn)為由細(xì)胞質(zhì)中的核糖體合成,然后直接插入到脂滴膜中,主要包括PLIN家族蛋白、CIDE家族蛋白和磷脂酰膽堿胞苷轉(zhuǎn)移酶(choline-phosphate cytidylyltransferase,CCT)等。這類蛋白大多具有兩親的α螺旋結(jié)構(gòu),可以通過(guò)其親脂側(cè)鏈向外、親水側(cè)鏈向內(nèi)而形成1個(gè)外側(cè)整體親脂的螺旋,進(jìn)而插入到脂滴膜中[60]。另有研究結(jié)果表明,與其他細(xì)胞器的磷脂雙分子層膜相比,脂滴的磷脂單分子層膜更為不穩(wěn)定。脂滴球形結(jié)構(gòu)的表面張力,以及內(nèi)部中性脂肪趾突狀結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)更是加劇了其膜的不穩(wěn)定性,但這也為脂滴膜蛋白兩親α螺旋的插入創(chuàng)造了很好的條件[61-62]。PLIN家族蛋白成員肽鏈末端均有11個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的重復(fù)序列,用于形成兩親的α螺旋結(jié)構(gòu)[63]。PLIN4的11個(gè)氨基酸殘基重復(fù)序列形成了至少包含60個(gè)氨基酸殘基的超長(zhǎng)兩親α螺旋,可穿過(guò)脂滴膜與核心的甘油三酯結(jié)合,從而起到穩(wěn)定脂滴單層膜結(jié)構(gòu)的作用[64]。PLIN1～PLIN3 C端的4個(gè)兩親α螺旋捆綁形成的結(jié)構(gòu)域也可能通過(guò)同樣的機(jī)制發(fā)揮作用[63]。另有一些脂滴蛋白通過(guò)其肽鏈上大量的疏水氨基酸殘基插入并結(jié)合到脂滴膜上[65]。還有部分脂滴蛋白通過(guò)棕櫚酰化、豆蔻酰化和異戊烯化等脂肪酸修飾而獲得一個(gè)親脂側(cè)鏈并借此錨定在脂滴膜上[66-68]。由此可見(jiàn),來(lái)自細(xì)胞質(zhì)的脂滴蛋白亦是通過(guò)多個(gè)途徑結(jié)合到脂滴膜上的,至于是否還有其他的定向結(jié)合機(jī)制仍待進(jìn)一步研究。此外,不論是兩親α螺旋結(jié)構(gòu),還是脂肪酸修飾均在細(xì)胞內(nèi)膜蛋白中普遍存在,而且細(xì)胞內(nèi)的膜結(jié)構(gòu)也廣泛分布,以上提到的幾種脂滴蛋白結(jié)合方式也適用于其他細(xì)胞器膜蛋白,那么脂滴蛋白是在什么機(jī)制的作用下準(zhǔn)確定位在脂滴膜上的目前仍未被闡明。

2.3 脂滴形態(tài)的動(dòng)態(tài)變化

脂滴是細(xì)胞內(nèi)比較活躍的一個(gè)細(xì)胞器,隨著細(xì)胞代謝狀態(tài)的變化,脂滴的大小、分散狀態(tài)以及與其他細(xì)胞器的接觸均會(huì)發(fā)生相應(yīng)的調(diào)整,并具有重要的生物學(xué)意義。在棕色和米色脂肪細(xì)胞中,脂滴以多個(gè)小脂滴的狀態(tài)存在,而在白色脂肪細(xì)胞中脂滴大都融合為一個(gè)大脂滴。Kim等[69]的研究結(jié)果表明,脂滴的這種分散狀態(tài)與脂肪細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感性直接相關(guān),且脂肪細(xì)胞通過(guò)調(diào)整細(xì)胞中肌動(dòng)蛋白的狀態(tài)來(lái)影響脂滴的分散狀態(tài)。在棕色和米色脂肪細(xì)胞肌動(dòng)蛋白呈聚合的絲狀,葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(glucose transporter 4,GLUT4)在胰島素存在的情況下可被高效轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜附近,而在白色脂肪細(xì)胞中肌動(dòng)蛋白解聚成單體狀態(tài),葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)受到抑制,所以棕色和米色脂肪細(xì)胞吸收葡萄糖的能力要遠(yuǎn)高于白色脂肪細(xì)胞[70]。

脂肪細(xì)胞中脂滴可以通過(guò)相互融合而不斷生長(zhǎng),CIDE家族蛋白成員在介導(dǎo)該過(guò)程中發(fā)揮重要作用[71]。CIDE通過(guò)其C端的兩親α螺旋結(jié)合在脂滴膜上,當(dāng)2個(gè)脂滴接觸時(shí),其表面的CIDE相互結(jié)合而形成1個(gè)連接結(jié)構(gòu)將它們穩(wěn)定地結(jié)合在一起,該結(jié)構(gòu)可能是1個(gè)孔狀或者管狀的結(jié)構(gòu),較小脂滴中的甘油三酯在內(nèi)部壓力和表面張力差的作用下通過(guò)該結(jié)構(gòu)進(jìn)入較大脂滴[40]。在白色脂肪細(xì)胞中,脂滴的這種融合事件會(huì)持續(xù)發(fā)生,最終在細(xì)胞內(nèi)形成一個(gè)大脂滴。同時(shí)CIDE可以顯著抑制HSL在脂滴表面的定位,進(jìn)而在促進(jìn)脂滴融合的同時(shí)降低了脂質(zhì)的水解,從而實(shí)現(xiàn)了脂滴的不斷生長(zhǎng)[72]。PLIN1和RAB可以促進(jìn)脂滴間脂質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)及脂滴的融合[41,73]。CIDE在脂滴間接觸位點(diǎn)處形成的復(fù)合體結(jié)構(gòu),以及該結(jié)構(gòu)是否還有其他蛋白參與尚待進(jìn)一步研究。另外,該結(jié)構(gòu)無(wú)法介導(dǎo)脂滴膜磷脂和蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)。小脂滴中的脂質(zhì)轉(zhuǎn)入大脂滴后,其脂滴膜和膜蛋白是如何融入大脂滴的目前仍沒(méi)有明確結(jié)論。

脂滴的融合是一個(gè)可逆的過(guò)程,當(dāng)細(xì)胞的代謝狀態(tài)發(fā)生變化時(shí),大脂滴仍可以裂解成小脂滴。采用“天花板培養(yǎng)法”(ceiling culture)培養(yǎng)的成熟脂肪細(xì)胞會(huì)發(fā)生去分化(dedifferentiation),細(xì)胞中的大脂滴會(huì)逐步裂解為小脂滴,并最終幾乎完全消失,脂肪細(xì)胞也隨之轉(zhuǎn)變?yōu)槌衫w維樣細(xì)胞,稱之為去分化脂肪細(xì)胞(dedifferentiated fat,DFAT)。在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基中,DFAT細(xì)胞又可再次分化為脂肪細(xì)胞,脂滴又重新出現(xiàn)并再次融合[74]。成熟脂肪細(xì)胞在去分化的過(guò)程中脂滴的清除機(jī)制目前仍待研究,脂質(zhì)分解的加速在該過(guò)程中發(fā)揮一定作用,但脂滴的清除似乎還有其他途徑。筆者前期的研究結(jié)果顯示,部分脂滴是通過(guò)類似于乳腺上皮細(xì)胞頂漿分泌的方式直接被排出細(xì)胞外的。脂肪細(xì)胞的這種可逆的去分化在體內(nèi)亦可發(fā)生。Wang等[75]的研究結(jié)果表明,小鼠乳腺中的脂肪細(xì)胞會(huì)隨著小鼠妊娠、哺乳和斷奶的轉(zhuǎn)變而反復(fù)出現(xiàn)去分化和再分化。在肝細(xì)胞脂質(zhì)代謝中,脂解和脂噬一般協(xié)同進(jìn)行,大脂滴首先在ATGL等脂類分解酶的作用下裂解為一些小脂滴,以使溶酶體能夠順利將其內(nèi)化,以進(jìn)行進(jìn)一步酶解[76]。

細(xì)胞還可以直接將小脂滴釋放到組織中發(fā)揮其生物學(xué)功能[77-78]。Flaherty等[77]的研究發(fā)現(xiàn),組織脂肪細(xì)胞中的大脂滴以出芽的方式產(chǎn)生小脂滴并釋放到組織中,通過(guò)促進(jìn)組織巨噬細(xì)胞的分化而發(fā)揮免疫調(diào)理的作用。健康小鼠每天通過(guò)這種方式釋放的脂質(zhì)幾乎是肥胖小鼠的2倍,這可能與肥胖動(dòng)物通常具有較低的免疫力有一定關(guān)系。牛奶中的脂肪球是由乳腺上皮細(xì)胞合成分泌的。脂滴由乳腺上皮細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成后進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),期間脂滴也會(huì)發(fā)生融合事件。泌乳時(shí)這些脂滴被轉(zhuǎn)運(yùn)到上皮細(xì)胞頂端細(xì)胞膜附近,然后以頂漿分泌的方式被釋放到乳汁中。脂肪球的大小受多種機(jī)制的調(diào)控,并與牛奶的品質(zhì)直接相關(guān)[78],但是到目前為止,人們對(duì)上述過(guò)程的具體細(xì)節(jié)及其調(diào)控機(jī)制仍缺乏深入的理解。

3 脂滴與其他細(xì)胞器的相互作用及其生物學(xué)功能

脂滴幾乎可以與細(xì)胞中所有的細(xì)胞器通過(guò)相互接觸而建立聯(lián)系(圖3),這是脂滴發(fā)揮其生物學(xué)功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。已有的研究結(jié)果表明,脂滴膜蛋白和其他細(xì)胞器膜蛋白相互結(jié)合而形成橋狀結(jié)構(gòu),是二者建立聯(lián)系并發(fā)揮生物學(xué)功能的關(guān)鍵,該過(guò)程一般不會(huì)引起膜的相互融合。但是到目前為止,有關(guān)參與相互作用的蛋白質(zhì),以及該過(guò)程的調(diào)控機(jī)制仍知之甚少,以下僅介紹近年來(lái)研究較多的一些相互作用。

carnitine shuttle:肉堿穿梭;FFA:游離脂肪酸 free fat acid;TAG:甘油三酯 triglyceride;lipolysis:脂類分解;Pah1:磷脂酸水解酶1 phosphatidic acid hydrolase 1;acyl-CoA:酰基輔酶A;Faa1:脂肪酸?；o酶A合成酶1 fatty acid acyl-CoA synthetase;Tsc13:溫度敏感CSG2抑制蛋白13 temperature-sensitive CSG2 suppressor protein 13;DAG:甘油二酯 diglyceride;LD:脂滴 lipid droplet;Mito:線粒體 mitochondria;Lyso:溶酶體 lysosome;ER:內(nèi)質(zhì)網(wǎng) endoplasmic reticulum;Pex:過(guò)氧化物酶體 peroxisome;G3P:甘油醛-3-磷酸glyceraldehyde-3-phosphate;LPA:溶血磷脂酸 lysophosphatidic acid;PA:磷脂酸 phosphatidic acid;AGPAT:酰基甘油-3-磷酸?；D(zhuǎn)移酶 acylglycerol-3-phosphate O-acyltransferase;SPT:絲氨酸軟脂酰轉(zhuǎn)移酶 serine palmitoyltransferase;LCB:長(zhǎng)鏈鞘氨醇激酶 long chain sphingoid kinase;FATP1:脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1 fatty acid transporter protein 1。

3.1 脂滴與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的相互作用及其生物學(xué)功能

有研究表明,哺乳動(dòng)物細(xì)胞中約有85%的脂滴仍與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)保持穩(wěn)定的聯(lián)系[80],并在膜蛋白形成的復(fù)合體的支持下建立橋狀結(jié)構(gòu)。脂滴和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的這種持續(xù)的接觸是如何建立的,有何功能目前尚不完全清楚,推測(cè)可能與有利于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中脂質(zhì)及其膜蛋白持續(xù)向脂滴轉(zhuǎn)運(yùn)[59,81],以及高效響應(yīng)未折疊蛋白反應(yīng)激活的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)[82]等生物學(xué)功能有關(guān)。ADP核糖基化因子1和包被蛋白復(fù)合物Ⅰ(ADP ribosylation factor 1 and coat protein complex Ⅰ,ARF1-COPⅠ)復(fù)合體的激活,可能在誘導(dǎo)脂滴和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)建立橋狀結(jié)構(gòu)中發(fā)揮重要作用[83],Seipin則扮演著穩(wěn)定該結(jié)構(gòu)的作用[84]。隨后GPAT4、CIDE等其他蛋白從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜轉(zhuǎn)移至脂滴膜上[59],脂質(zhì)合成相關(guān)的酶被招募到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和脂滴接觸位點(diǎn)持續(xù)進(jìn)行甘油二酯的合成[85],進(jìn)而促使脂滴不斷生長(zhǎng)。脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(lipid-transfer protein,LTP)定位在脂滴和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接觸位點(diǎn)上,可能在介導(dǎo)脂滴膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)中發(fā)揮著重要作用。氧化固醇結(jié)合蛋白(oxysterol-binding protein,OSBP)及其關(guān)聯(lián)蛋白(OSBP-related protein,ORP)是重要的脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族成員,有研究觀察到ORP2和ORP5在脂滴和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接觸位置大量富集,并且ORP5介導(dǎo)了磷脂酰絲氨酸從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜向脂滴膜的轉(zhuǎn)運(yùn)以及磷脂酰肌醇-4-磷酸從脂滴膜向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)[86]。在脂滴和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接觸位置還結(jié)合著其他一些蛋白質(zhì),例如自噬相關(guān)蛋白2(autophagy-related protein 2,ATG2)、液泡蛋白分選蛋白13a(vacuolar protein sorting protein 13a,VPS13a)和液泡蛋白分選蛋白13c(vacuolar protein sorting protein 13c,VPS13c)等,可能在介導(dǎo)脂質(zhì)快速轉(zhuǎn)移中發(fā)揮作用[87]。所以,未來(lái)應(yīng)對(duì)脂滴和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接觸位點(diǎn)脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及其功能進(jìn)行深入研究,以徹底闡明脂滴形成過(guò)程中脂滴膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜磷脂轉(zhuǎn)運(yùn)的機(jī)制。

3.2 脂滴與過(guò)氧化物酶體的相互作用及其生物學(xué)功能

過(guò)氧化物酶體在長(zhǎng)鏈脂肪酸的β氧化中發(fā)揮重要作用。為了提高長(zhǎng)鏈脂肪酸氧化的效率,使脂滴和過(guò)氧化物酶體靠近并建立聯(lián)系尤為重要[80]。但脂滴和過(guò)氧化物酶體如何建立聯(lián)系并發(fā)揮其生物功能,目前仍待進(jìn)一步研究。由于脂滴和過(guò)氧化物酶體都來(lái)源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng),且均在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的同一個(gè)位置形成[88],推測(cè)二者膜磷脂和膜蛋白構(gòu)成比較接近,這也能更有利于脂滴和過(guò)氧化物酶體建立聯(lián)系。有研究表明,當(dāng)油酸成為酵母的唯一碳源時(shí),酵母細(xì)胞中的過(guò)氧化物酶體迅速增加,并觀察到大量脂滴與過(guò)氧化物酶體持續(xù)接觸。脂滴膜與過(guò)氧化物酶體外側(cè)膜融合,這可能有利于過(guò)氧化物酶體雙分子層膜腔室中的酶與脂滴中的甘油三酯充分接觸而加快反應(yīng)速度[89],至于多細(xì)胞動(dòng)物脂滴和過(guò)氧化物酶體之間是否也存在這種反應(yīng)機(jī)制尚待研究。Chang等[49]的研究表明,脂滴膜蛋白M1 Spastin可以招募內(nèi)體分選轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合物III蛋白形成復(fù)合體,通過(guò)與過(guò)氧化物酶體膜蛋白ABCD1相互作用,使脂滴與過(guò)氧化物酶體結(jié)合并促進(jìn)脂肪酸的轉(zhuǎn)運(yùn)。線蟲(chóng)和小鼠中的研究結(jié)果表明,在饑餓狀態(tài)下過(guò)氧化物酶體借助于驅(qū)動(dòng)蛋白C3(kinesin family member C3,KIFC3)沿著微管向脂滴移動(dòng)并與之接觸,同時(shí)蛋白激酶PKA磷酸化過(guò)氧化物酶體蛋白PEX5,然后磷酸化的PEX5將甘油三酯脂酶空間特異地轉(zhuǎn)移到脂滴上以加速脂質(zhì)分解,保證有機(jī)體能量供應(yīng)[90]。由于已有的研究結(jié)果均來(lái)自不同的細(xì)胞,所以已發(fā)現(xiàn)的脂滴和過(guò)氧化物酶體的不同作用方式是由于細(xì)胞類型不同造成的,還是每種細(xì)胞本身有多種方式仍待進(jìn)一步研究。

3.3 脂滴與線粒體的相互作用及其生物學(xué)功能

在代謝旺盛的細(xì)胞中均觀察到大量線粒體與脂滴接觸[91-93]。當(dāng)人處于高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí),骨骼肌細(xì)胞中的脂滴被線粒體夾在中間形成“三明治”樣的結(jié)構(gòu),以確保脂肪酸的高效轉(zhuǎn)運(yùn)及能量的快速釋放[94]。而在成熟白色脂肪細(xì)胞中,大量的線粒體通過(guò)自噬作用而被清除,線粒體和脂滴的相互作用也大都被解除[95],這也與白色脂肪細(xì)胞處于能量?jī)?chǔ)存的細(xì)胞狀態(tài)相適應(yīng)。當(dāng)白色脂肪細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)樽厣炯?xì)胞時(shí),細(xì)胞中的線粒體再次大量出現(xiàn),白色脂肪細(xì)胞中的大脂滴逐步分解為小脂滴,并與線粒體大量接觸[96]。

有研究發(fā)現(xiàn),與細(xì)胞質(zhì)中游離的線粒體(cytoplasmic mitochondria,CM)相比,與脂滴接觸的線粒體(peridroplet mitochondria,PDM)結(jié)構(gòu)和功能均發(fā)生了變化。在棕色脂肪細(xì)胞中,PDM氧化丙酮酸和蘋果酸及生成ATP的能力更強(qiáng),但氧化脂肪酸的效率下降,且PDM之間不會(huì)發(fā)生融合事件,即使過(guò)表達(dá)線粒體融合蛋白2(mitofusin 2,Mfn2),也不會(huì)引起PDM間的融合,所以PDM的運(yùn)動(dòng)性顯著降低[91]。同時(shí),脂滴利用PDM產(chǎn)生的ATP合成脂質(zhì),使脂滴體積不斷增大[91]。所以在棕色脂肪細(xì)胞中就出現(xiàn)了2種相反的代謝過(guò)程,CM通過(guò)高效氧化脂肪酸供能[91],使脂滴不斷分解,而PDM則將合成的ATP提供給與之接觸的脂滴用于其脂質(zhì)合成而使脂滴不斷生長(zhǎng)。上述過(guò)程看似矛盾,但可能是細(xì)胞維持能量持久供應(yīng)的重要保障機(jī)制。因?yàn)樽厣炯?xì)胞和米色脂肪細(xì)胞大多出現(xiàn)在代謝旺盛、能量需求量大的生理狀態(tài),脂質(zhì)合成和分解同步進(jìn)行,才可避免儲(chǔ)存的脂質(zhì)快速耗盡,進(jìn)而更好地保障能量的穩(wěn)定供應(yīng)。但這種機(jī)制是否也適用于其他細(xì)胞目前仍不明確。另外,PDM在不同細(xì)胞中表現(xiàn)出不同的代謝狀態(tài)[91,94]提示其功能可能存在細(xì)胞差異。

目前對(duì)脂滴和線粒體結(jié)合的機(jī)制,及其發(fā)揮生物學(xué)功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)仍知之甚少。過(guò)表達(dá)PLIN5會(huì)促進(jìn)脂滴和線粒體的接觸[97],且PLIN5可以通過(guò)與ATGL的相互作用而抑制脂質(zhì)分解[98],這與棕色脂肪細(xì)胞中PDM脂肪酸氧化能力下調(diào)的研究結(jié)果相一致,所以推測(cè)PLIN5可能介導(dǎo)了脂滴和線粒體的相互作用。DGAT2共定位在脂滴、線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上,可以將這3個(gè)細(xì)胞器直接結(jié)合在一起[99],該過(guò)程可能還涉及其他一些膜蛋白。由于DGAT2可以高效酯化二酰甘油生成三酰甘油,所以細(xì)胞借助DGAT2將線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和脂滴偶聯(lián)起來(lái),可高效利用線粒體生產(chǎn)的ATP進(jìn)行脂質(zhì)的合成,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)脂滴的快速生長(zhǎng)。這也可從另一個(gè)層面解釋在棕色脂肪細(xì)胞中觀察到的PDM功能的轉(zhuǎn)變[91]。在棕色脂肪細(xì)胞中,脂滴膜蛋白PLIN1可與線粒體融合蛋白Mfn2互作形成復(fù)合體,使脂滴和線粒體結(jié)合在一起。敲除Mfn2后脂滴和線粒體的接觸將減少50%[100]。Wang等[101]的研究結(jié)果表明,在線粒體和脂滴接觸位點(diǎn)處,液泡蛋白分選相關(guān)蛋白13D(vacuolar protein sorting-associated protein 13D,VPS13D)與腫瘤易感基因101(tumor susceptibility gene 101,TSG101)蛋白配合使脂滴膜發(fā)生重塑,進(jìn)而促進(jìn)脂滴脂肪酸向線粒體的轉(zhuǎn)運(yùn)。另外,已有的研究結(jié)果表明,在脂滴和線粒體接觸位點(diǎn)上的很多蛋白,同時(shí)也出現(xiàn)在脂滴和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的接觸位點(diǎn)上,且已有研究觀測(cè)到這3個(gè)細(xì)胞器存在相互接觸,提示線粒體和脂滴的接觸可能參與脂滴的生成。

3.4 脂滴與溶酶體的相互作用及其生物學(xué)功能

脂滴與溶酶體的接觸有利于脂滴膜蛋白和脂質(zhì)的水解,同時(shí)脂滴膜也為自噬體的生成提供膜磷脂[102]。脂滴膜蛋白PLIN2和PLIN3通過(guò)分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediated autophagy,CMA)被溶酶體清除,在此過(guò)程中PLIN2和PLIN3的特異性五肽基序借助伴侶蛋白熱激同源蛋白70(heat shock cognate protein 70,Hsc70)被溶酶體膜上的受體溶酶體相關(guān)膜蛋白2A(lysosome-associated membrane protein 2A,LAMP2A)識(shí)別結(jié)合,并被轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入溶酶體內(nèi)水解[103]。敲除受體溶酶體相關(guān)膜蛋白2A的小鼠表現(xiàn)出肝臟脂肪變性[104],而成纖維細(xì)胞若缺失受體溶酶體相關(guān)膜蛋白2A將導(dǎo)致脂滴數(shù)量增加,以及由于脂肪酸氧化效率降低而造成甘油三酯積累等問(wèn)題[103],其他脂滴蛋白是否也通過(guò)該機(jī)制清除尚待闡明。此外若PLIN2的特異性五肽基序發(fā)生突變將阻斷脂滴和溶酶體的接觸,進(jìn)而導(dǎo)致脂滴分解停滯以及大量脂滴的聚集[103]。由此推測(cè),PLIN2和PLIN3可能先借助分子伴侶介導(dǎo)的自噬將脂滴和溶酶體結(jié)合在一起,然后再啟動(dòng)PLIN2和PLIN3的內(nèi)化和水解。另有研究證實(shí),GTP酶RAB7可以調(diào)控溶酶體與脂滴的接觸,但RAB7是否通過(guò)分子伴侶介導(dǎo)的自噬發(fā)揮作用尚待研究[105]。

4 脂滴的其他生物學(xué)功能

脂滴核心中除了儲(chǔ)存甘油三酯和固醇酯以外,還包含脂溶性維生素和脂類信號(hào)分子前體等成分。肝星狀細(xì)胞脂滴中儲(chǔ)存了占整個(gè)有機(jī)體70%～80%的維生素A(視黃醇),以避免維生素A攝入不足對(duì)相關(guān)生理活動(dòng)的影響,以及緩沖短期維生素A過(guò)量攝入造成的毒性。儲(chǔ)存在肝星狀細(xì)胞脂滴中的視黃醇酯在水解酶的作用下釋放出視黃醇,然后轉(zhuǎn)運(yùn)至肝細(xì)胞中發(fā)揮作用[106],但是水解視黃醇酯的酶,以及視黃醇轉(zhuǎn)運(yùn)的機(jī)制仍待進(jìn)一步研究。另外,脂滴中還包含哪些脂溶性維生素及其調(diào)控機(jī)制目前仍缺乏認(rèn)識(shí)。脂滴內(nèi)的疏水環(huán)境還為固醇類激素和脂肪酸類信號(hào)分子前體的儲(chǔ)存及其加工提供了良好的條件,同時(shí)脂滴蛋白組學(xué)的研究結(jié)果表明脂滴含有固醇類激素和脂肪酸信號(hào)分子加工所需的相關(guān)酶類,也從另一個(gè)側(cè)面證實(shí)了脂滴可能在該類信號(hào)分子調(diào)控中的作用[107-108]。

脂滴還對(duì)細(xì)胞應(yīng)對(duì)各類應(yīng)激具有重要意義。細(xì)胞會(huì)由于游離脂肪酸過(guò)量、營(yíng)養(yǎng)匱乏或者氧化還原反應(yīng)失衡等因素而遭受各類應(yīng)激反應(yīng),此時(shí)脂滴可以通過(guò)隔離過(guò)量脂質(zhì)、維持膜磷脂穩(wěn)定性等幫助細(xì)胞應(yīng)對(duì)應(yīng)激反應(yīng)造成的結(jié)構(gòu)損傷和機(jī)能失調(diào)[109]。相關(guān)研究表明,當(dāng)細(xì)胞內(nèi)活性氧(reactive oxygen species,ROS)的水平超過(guò)了谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase,GPX)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT)等酶類的處理能力時(shí),細(xì)胞就會(huì)遭受氧化應(yīng)激反應(yīng)的損傷,在癌癥和非酒精脂肪肝等病變中均可觀察到與氧化應(yīng)激相關(guān)聯(lián)的脂滴集聚[110],但其功能尚未得到深入的闡釋。氧化應(yīng)激往往導(dǎo)致自噬作用上調(diào),進(jìn)而導(dǎo)致氨基酸、脂肪酸等大量釋放,為了緩解其對(duì)細(xì)胞的損傷,部分脂肪酸迅速被重新酯化并轉(zhuǎn)入脂滴儲(chǔ)存,這可能是導(dǎo)致脂滴數(shù)量增加的重要因素[111]。

脂滴通過(guò)協(xié)助病毒衣殼蛋白的組裝而在促進(jìn)病毒感染中發(fā)揮著重要作用。登革熱病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞后首先誘導(dǎo)脂噬作用上調(diào),大量脂質(zhì)的氧化為病毒的復(fù)制提供了充足的能量,同時(shí)其衣殼蛋白在宿主細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中合成后轉(zhuǎn)移到脂滴表面組裝成為病毒粒子[112]。丙型肝炎病毒感染細(xì)胞后病毒RNA首先轉(zhuǎn)錄出1條多肽鏈,進(jìn)而水解為10種病毒蛋白,這些蛋白大部分與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相結(jié)合,但核衣殼核心和一部分非結(jié)構(gòu)蛋白NS5A與脂滴結(jié)合[113]。結(jié)合在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的NS5A形成雙層膜結(jié)構(gòu)的小囊泡(double-membrane vesicle,DMV),該位置可能同時(shí)是病毒RNA復(fù)制的位點(diǎn)。另外,推測(cè)在NS5A的介導(dǎo)下脂滴和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相結(jié)合,并最終協(xié)助完成病毒粒子的組裝[114]。但脂滴促進(jìn)病毒粒子組裝的詳細(xì)機(jī)制仍未被闡明,脂滴可能在該過(guò)程中發(fā)揮富集衣殼蛋白的作用,因?yàn)楸透窝撞《镜鞍卓梢哉T導(dǎo)脂滴向病毒復(fù)制位置集聚,進(jìn)而更有利于病毒粒子的高效組裝[115]。

脂滴參與組蛋白的暫時(shí)儲(chǔ)存。動(dòng)物卵細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中除了要將大量的脂質(zhì)儲(chǔ)存在脂滴中,以滿足早期胚胎發(fā)育的能量需求,同時(shí)還會(huì)儲(chǔ)備足量的組蛋白,以支持早期胚胎細(xì)胞迅速分裂時(shí)染色質(zhì)的組裝,其中組蛋白H2A和H2B通過(guò)Jabba蛋白的介導(dǎo)而被大量?jī)?chǔ)存在脂滴表面[116]。與脂滴結(jié)合的組蛋白可能從2個(gè)方面發(fā)揮作用:一是滿足胚胎發(fā)育早期染色質(zhì)的快速組裝;二是通過(guò)結(jié)合部分組蛋白而避免組蛋白快速合成而導(dǎo)致的組蛋白過(guò)量[116-117]。此外,在家蠅、小鼠等多種動(dòng)物的卵母細(xì)胞以及早期胚胎脂滴表面也檢測(cè)到了組蛋白。但由于組蛋白在細(xì)胞內(nèi)大量存在,部分研究中檢測(cè)到的與脂滴結(jié)合的組蛋白,也有可能是提取過(guò)程中造成的污染。

脂滴還在機(jī)體對(duì)抗細(xì)菌感染方面發(fā)揮作用。Bosch等[118]研究發(fā)現(xiàn),不論是通過(guò)注射脂多糖誘導(dǎo)感染的小鼠,還是細(xì)菌確實(shí)感染的小鼠,均檢測(cè)到細(xì)胞中脂滴數(shù)量的迅速增加。且與正常小鼠細(xì)胞中分離的脂滴相比,從感染小鼠細(xì)胞中分離的脂滴對(duì)體外培養(yǎng)的大腸桿菌具有更強(qiáng)的抑制性。另外,在受大腸桿菌感染的人巨噬細(xì)胞中也觀察到了同樣的現(xiàn)象。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),受到病原體感染后,脂滴表面脂質(zhì)代謝的相關(guān)蛋白數(shù)量下調(diào),但抗菌肽等與免疫相關(guān)的一些蛋白數(shù)量上調(diào),進(jìn)而表現(xiàn)出其抗菌活性,所以脂滴可能是細(xì)胞抵抗病原微生物入侵的第一道防線[52,118]。此外,脂滴蛋白PLIN5被磷酸化后,還可以作為脂肪酸結(jié)合蛋白與來(lái)源于脂滴的單不飽和脂肪酸結(jié)合,并將其轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞核中,通過(guò)激活Sirtuin1(SIRT1)而增強(qiáng)過(guò)氧化物酶增殖激活受體γ共激活子1α(peroxisome proliferators activated receptor γ coactivator 1 alpha,PGC-1α)/過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferator activated receptor alpha,PPARα)信號(hào)通路加速細(xì)胞的氧化代謝[119]。

另外,脂滴參與細(xì)胞內(nèi)一些蛋白質(zhì)的周轉(zhuǎn)。載脂蛋白B-100(apolipoprotein B-100,ApoB-100)和3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A(3-hydroxy-3-methyl glutaryl coenzyme A reductase,HMG-CoA)還原酶在被轉(zhuǎn)運(yùn)至蛋白酶體前,首先與脂滴結(jié)合并在其表面累積,這可能是防止待降解的蛋白在細(xì)胞中任意聚集的一種機(jī)制。隨后這些蛋白被泛素化修飾后由脂滴轉(zhuǎn)運(yùn)至蛋白酶體降解[48]。由于載脂蛋白B-100和3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶在脂質(zhì)代謝調(diào)控中發(fā)揮重要作用,細(xì)胞可能通過(guò)脂滴介導(dǎo)其降解而更為精準(zhǔn)地調(diào)控脂質(zhì)代謝。至于脂滴還參與哪些蛋白的周轉(zhuǎn),以及該過(guò)程是細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立的蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)路徑,還是作為蛋白酶體清除路徑失效后的一個(gè)備用的方案,或者是細(xì)胞借此調(diào)控某些蛋白質(zhì)生物學(xué)功能的一個(gè)手段仍未有明確結(jié)論。

5 小結(jié)和展望

在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間里,脂滴都僅被作為一種儲(chǔ)存脂質(zhì)的細(xì)胞器進(jìn)行研究。近年來(lái),隨著人們對(duì)脂滴生物學(xué)功能認(rèn)識(shí)的不斷深入,以及與脂質(zhì)代謝相關(guān)疾病的發(fā)病率日益增高,脂滴多樣化的生物學(xué)功能也日益引起人們的關(guān)注。但是到目前為止,與其他細(xì)胞器相比人們對(duì)脂滴的認(rèn)識(shí)仍相對(duì)有限,其很多生物學(xué)過(guò)程僅有初步了解,而對(duì)其細(xì)節(jié)仍知之甚少,部分仍待進(jìn)一步闡釋的問(wèn)題已在文中提出,在此不再贅述。未來(lái)隨著組學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,以及針對(duì)脂滴的特異性熒光探針開(kāi)發(fā)[120]等相關(guān)研究手段的改進(jìn),人們對(duì)于脂滴的生物學(xué)功能必然會(huì)有一個(gè)更為深入的認(rèn)識(shí),這將對(duì)畜牧業(yè)中畜禽肉品質(zhì)的改善,以及人類脂質(zhì)代謝相關(guān)疾病的治療產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用。