核内激素敏感性脂肪酶通过TGF-β/SMAD3-PKA信号轴调控脂肪组织代谢稳态与质量维持

《Cell Metabolism》：Nuclear hormone-sensitive lipase regulates adipose tissue mass and adipocyte metabolism

本研究针对HSL缺陷小鼠与人类出现脂肪营养不良而非预期肥胖的表型矛盾，揭示了HSL在脂肪细胞核内的全新功能。作者通过基因编辑小鼠模型与人类脂肪细胞实验，发现核内HSL通过与TGF-β信号介质SMAD3相互作用调控线粒体代谢与细胞外基质基因表达，其核质穿梭受PKA磷酸化调控。该研究阐明了核内HSL在脂肪组织稳态中的关键作用，为代谢疾病治疗提供了新靶点。

　　

长期以来，激素敏感性脂肪酶（HSL）被广泛认为是调控脂肪分解的关键胞质酶，负责水解脂滴中的甘油三酯。然而，一个令人困惑的现象是：HSL缺陷的小鼠和人类并未出现预期的肥胖表型，反而表现为脂肪营养不良，即脂肪组织减少伴代谢紊乱。这一矛盾提示，HSL可能具有超越脂解酶传统认知的生物学功能。

为了解开这一谜团，法国图卢兹大学Dominique Langin团队在《Cell Metabolism》上发表的研究中，首次发现HSL定位于脂肪细胞核内，并揭示其通过调控基因表达参与脂肪组织稳态维持。研究人员通过多学科技术手段，证明了核内HSL作为TGF-β信号通路的非经典组分，与SMAD3形成复合物，抑制线粒体代谢关键共激活因子PGC-1α的表达，同时调控细胞外基质相关基因。更为重要的是，HSL的核质穿梭受PKA依赖性磷酸化精密调控，从而在营养状态变化（如高脂饮食与禁食）中动态调节脂肪细胞功能。

关键技术方法概览

研究结合CRISPR-Cas9基因编辑构建HSL亚细胞定位特异性小鼠模型（如核定位序列标签HSL-NLS），利用人源多能脂肪干细胞（hMADS）分化的脂肪细胞进行功能验证。通过免疫共沉淀-质谱联用技术解析核内HSL相互作用蛋白组，采用原位邻近连接实验（PLA）验证蛋白互作，并借助Seahorse能量代谢分析系统评估线粒体呼吸功能。此外，研究还通过腺相关病毒（AAV）介导的脂肪组织原位基因操作验证体内功能。

研究结果

HSL定位于脂肪细胞核内

通过免疫荧光、亚细胞分级和电子显微镜技术，作者发现HSL存在于小鼠和人类脂肪细胞的核内，且与染色质相关联。蛋白质组学分析进一步揭示，核内HSL与RNA聚合酶II亚基及剪接因子（如SFPQ、NONO）相互作用，提示其参与基因表达调控。

核内HSL调控脂肪组织质量的体内证据

通过基因编辑构建的HSL-NLS小鼠（HSL仅富集于核内）未出现脂肪营养不良，而核内HSL水平降低的复合杂合小鼠（HSL-KO/HSL-NLS）则表现为脂肪量减少，表明核内HSL是维持脂肪组织质量的关键限制因素。高脂饮食诱导的肥胖模型中，HSL-NLS小鼠与野生型代谢表型相似，而HSL-KO小鼠出现严重脂肪营养不良和糖代谢紊乱。

HSL通过非酶活机制调控线粒体代谢与细胞外基质

在人类脂肪细胞中敲低HSL表达后，线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）基因和PGC-1α表达显著上调，同时TGF-β靶基因（如细胞外基质成分）下调。这种调控不依赖于HSL的脂解酶活性，因为催化位点突变体或ATGL（脂肪甘油三酯脂酶）敲低均未重现该表型。机制上，HSL与SMAD3直接互作，共同入核抑制PPARGC1A转录。

TGF-β与PKA信号调控HSL核质穿梭

TGF-β1处理促进SMAD3磷酸化及与HSL的核内共定位，而PKA激活（如 forskolin 或禁食）诱导HSL磷酸化并促其出核，进而解除对PGC-1α的转录抑制。这种动态平衡在肥胖状态下被破坏，核内HSL积累可能导致脂肪细胞功能紊乱。

结论与意义

本研究颠覆了HSL作为单纯脂解酶的传统认知，揭示了其作为核内转录调控因子的全新功能。核内HSL通过整合TGF-β与PKA信号，动态调节脂肪细胞的线粒体代谢、细胞外基质重塑及系统能量稳态。这一发现不仅解释了HSL缺陷导致脂肪营养不良的机制，还为肥胖、糖尿病等代谢性疾病提供了新的治疗思路——靶向HSL的核质穿梭可能成为恢复脂肪组织功能的关键策略。