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为探究线粒体中间肽酶（MIPEP）在脂肪细胞中的作用，东京理科大学等机构研究人员构建脂肪细胞特异性 Mipep 基因敲除（aMKO）小鼠模型。结果发现 MIPEP 缺乏导致脂肪组织异常、代谢紊乱等。该研究为相关疾病机制研究和治疗提供新方向。
在生命的微观世界里，线粒体就像细胞的 “能量工厂”，对维持细胞正常功能至关重要。大多数线粒体蛋白由细胞核基因组编码，在细胞质中合成后，需经线粒体信号肽酶切割加工才能成熟并发挥作用。线粒体中间肽酶（MIPEP）就是其中一种关键的酶，它能对特定的线粒体蛋白进行进一步加工。然而，MIPEP 在脂肪细胞中的具体作用却一直是个谜。
此前，研究发现长期热量限制可改善代谢，且与 Mipep 的表达上调有关。同时，Mipep 变异的患者会出现发育迟缓、心肌病等多种系统性疾病，这表明 MIPEP 的改变可能有着重要的影响。但这些现象背后的机制究竟如何，还亟待深入研究。为了揭开这些谜团，东京理科大学等机构的研究人员开展了一项深入的研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员主要采用了基因编辑、组织分析和分子检测等关键技术方法。他们通过构建脂肪细胞特异性 Mipep 基因敲除（aMKO）小鼠模型，并与正常小鼠进行对比。运用 CT 成像、组织染色、免疫印迹、RNA 测序等多种实验技术，对小鼠的脂肪组织、肝脏、脾脏等多个器官进行分析，检测相关基因和蛋白的表达变化，从而探究 MIPEP 缺乏对脂肪细胞和全身代谢的影响。
aMKO 小鼠的特征：研究人员成功构建了 aMKO 小鼠模型，发现 aMKO 小鼠的体重低于对照组，且脂肪量显著减少，尤其是皮下白色脂肪组织（sWAT）。在组织学分析中，发现 aMKO 小鼠的性腺白色脂肪组织（gWAT）萎缩，其中存在小脂肪细胞簇和具有成脂细胞特征的细胞，表明前脂肪细胞向成熟白色脂肪细胞的分化存在缺陷。同时，aMKO 小鼠棕色脂肪组织（BAT）的典型棕色外观消失，出现更多大脂滴，呈现 “变白” 现象。此外，aMKO 小鼠的肝脏和脾脏重量明显增加。
aMKO 小鼠 WAT 和 BAT 中 MIPEP 底物的蛋白稳态紊乱：研究人员检测了 MIPEP 底物蛋白 SIRT3、COX4 和 MDH2 的表达、酶活性和 mRNA 表达。结果显示，SIRT3 蛋白水平未改变，但乙酰化 SOD2 与总 SOD2 的比值升高，表明 SOD2 酶活性降低。COX4 的蛋白水平和酶活性显著降低，MDH2 在 gWAT 中的蛋白水平升高但酶活性降低，在 BAT 中蛋白水平不变但酶活性也降低。有趣的是，MDH2 的条带在 aMKO 小鼠中出现上移，暗示其可能为未成熟形式。而相关 mRNA 水平在 aMKO 小鼠中未发生改变。
aMKO 小鼠 WAT 和 BAT 中基因表达谱的改变：通过 RNA 测序进行比较转录组分析，研究人员发现 aMKO 小鼠的 gWAT 和 BAT 中，“免疫系统及相关 GO” 类别的基因表达上调，“脂质代谢及相关 GO” 类别的基因表达下调，且在 BAT 中更为明显。此外，还发现生长分化因子 15（Gdf15）和成纤维细胞生长因子 21（Fgf21）等基因表达上调，而参与脂肪酸合成的转录因子 Srebf1 表达下调。
aMKO 小鼠 WAT 和 BAT 中分化和线粒体生物发生生物标志物的变化：aMKO 小鼠 gWAT 中白色脂肪细胞分化相关基因（如 Pparg、Cebpa）和成熟脂肪细胞标记物 Adipoq 的表达显著降低；BAT 中棕色脂肪细胞分化基因（如 Ucp1、Prdm16、Cidea）和 Adipoq 的表达也显著降低，但 UCP1 蛋白表达水平未改变。同时，aMKO 小鼠的线粒体生物发生相关基因（如 Ppargc1a、Nrf1）表达下调，线粒体 DNA（mtDNA）含量也显著降低，表明 MIPEP 缺乏抑制了脂肪细胞分化和线粒体生物发生。
aMKO 小鼠 WAT 和 BAT 中应激反应生物标志物的变化：aMKO 小鼠的 gWAT 和 BAT 中，mitokines（如 Gdf15、Fgf21）的 mRNA 水平显著升高，血浆中 GDF15 水平也显著升高。然而，线粒体伴侣和蛋白酶基因的表达并未升高，部分甚至降低。此外，aMKO 小鼠 BAT 中内质网应激相关基因 Xbp1s 的表达和应激反应相关转录因子的表达显著升高，eIF2α 的磷酸化水平也显著升高，表明 BAT 中的应激反应更为强烈。
aMKO 小鼠 WAT 中的炎症反应：对 aMKO 小鼠 gWAT 进行流式细胞术分析发现，巨噬细胞（CD11b+F4/80+细胞）显著增加，其中包括优势巨噬细胞（MHCIIhighCD11clow）和浸润巨噬细胞（MHCIIhighCD11chigh）。同时，巨噬细胞标记基因（如 Adgre1）和巨噬细胞相关细胞因子（如 Mcp1、Tnfa）的表达也显著升高，表明 aMKO 小鼠的 WAT 存在炎症反应。
aMKO 小鼠的全身炎症和代谢紊乱：对 27 周龄 aMKO 小鼠进行细胞因子阵列分析，发现多种细胞因子的血浆水平升高。aMKO 小鼠的脾脏重量增加，脾细胞中单核细胞、粒细胞和巨噬细胞数量显著增加，T 细胞数量显著减少。此外，aMKO 小鼠的基础血浆胰岛素和葡萄糖水平升高，葡萄糖耐量试验（GTT）和胰岛素耐量试验（ITT）结果显示其葡萄糖和胰岛素敏感性受损，还出现了血浆甘油三酯升高和轻度脂肪肝。
研究结论表明，MIPEP 缺乏会导致脂肪细胞中 MIPEP 底物蛋白的成熟缺陷，进而引起蛋白稳态紊乱。在白色和棕色脂肪细胞中，MIPEP 缺乏抑制了脂肪细胞分化、脂质代谢和线粒体生物发生相关基因的表达，导致脂肪萎缩和 BAT 变白，引发脂肪组织炎症和全身炎症及代谢紊乱。然而，由非典型 UPRmt诱导的 GDF15 上调可能会减轻这些全身紊乱。这项研究为深入理解脂肪细胞中线粒体蛋白成熟的调控机制以及相关代谢疾病的发病机制提供了重要依据，为开发新的治疗策略奠定了基础，也为未来相关领域的研究指明了方向。
