GOT1介导的苹果酸-天冬氨酸穿梭系统在棕色脂肪组织冷应激下调控脂肪酸氧化的分子机制研究

这篇研究揭示了棕色脂肪组织(BAT)在冷应激下通过β-肾上腺素受体(βAR)-PKA-PGC-1α轴选择性上调GOT1表达，激活苹果酸-天冬氨酸穿梭(MAS)系统，从而促进线粒体优先利用脂肪酸(FA)而非葡萄糖作为产热燃料的创新机制。通过构建BAT特异性Got1基因敲入和敲除小鼠模型，研究证实GOT1作为MAS的关键分子开关，通过转移糖酵解产生的还原当量至线粒体，同时维持胞质NAD+/NADH平衡，为理解BAT在寒冷适应中的代谢重编程提供了新视角。

　　

引言

棕色脂肪细胞通过线粒体解偶联蛋白1(UCP1)介导的产热作用消耗能量。冷刺激通过交感神经系统释放去甲肾上腺素，激活β₃-肾上腺素受体(β₃AR)信号通路。研究发现棕色脂肪同时代谢脂肪酸(FA)和葡萄糖，但优先利用FA作为产热燃料，而葡萄糖代谢产物主要参与乳酸释放和生物合成途径。MAS系统在维持胞质与线粒体NAD⁺/NADH平衡中起关键作用，但其在BAT中的功能尚不明确。

GOT1作为MAS关键酶在BAT中的冷诱导表达

转录组分析发现，冷暴露或β₃AR激动剂CL316243处理显著上调BAT中Got1基因表达，而其他MAS酶(Got2、Mdh1、Mdh2)保持不变。蛋白水平检测显示，常温下BAT中GOT1几乎不可检测，冷刺激后显著增加。免疫印迹证实GOT1在白色脂肪组织(IWAT)褐变过程中也显著诱导。染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)揭示PGC-1α/NT-PGC-1α通过雌激素相关受体(ERR)结合位点调控Got1转录。

GOT1过表达激活MAS并增强BAT产热

构建Rosa26位点敲入CAG-loxP-neo-3xpA(stop)-loxP-Got1转基因小鼠(R26-Got1^BATOE/+)，发现GOT1过表达：

1. 提高胞质NAD⁺/NADH比值
2. 增强线粒体呼吸和棕榈酸氧化
3. 降低呼吸交换比(RER)，表明FA利用率增加
4. 改善冷耐受性和葡萄糖耐量
   使用NADH荧光传感器Peredox-mCherry和[4-²H]-葡萄糖示踪实验证实，GOT1过表达促进MAS通量，增加[M+1]-苹果酸生成。

GOT1缺失导致代谢重编程

BAT特异性Got1敲除(Got1^BATKO)小鼠表现出：

1. 冷暴露下维持正常体温，但FA氧化能力降低
2. 代偿性增加丙酮酸氧化和丙酮酸脱氢酶(PDH)活性
3. 上调线粒体丙酮酸载体(MPC1/2)表达
   原代棕色脂肪细胞实验显示，Got1缺失导致：
4. 胞质NADH积累
5. βAR刺激后糖酵解和葡萄糖摄取暂时性抑制
6. 长期刺激后通过增加丙酮酸利用维持产热

机制解析

GOT1通过三种途径调控BAT代谢：

1. MAS激活：转移糖酵解产生的NADH至线粒体，维持高胞质NAD⁺/NADH比，可能激活SIRT1-PGC-1α-PPARα轴促进FA氧化基因表达
2. 能量感应：升高ADP/ATP比激活AMPK，磷酸化乙酰辅酶A羧化酶(ACC)促进FA氧化
3. 代谢物平衡：通过天冬氨酸-苹果酸循环维持三羧酸循环(TCA)中间物供应

研究意义与局限性

该研究首次阐明GOT1-MAS轴在BAT燃料选择中的核心作用，为代谢疾病治疗提供新靶点。局限性包括：

1. 未完全排除GOT1非MAS功能（如甘油异生）的贡献
2. Ucp1-Cre小鼠可能存在非脂肪组织泄露表达
3. 性别因素在部分实验中未完全控制

结论

冷诱导的GOT1通过激活MAS系统，成为连接βAR信号与线粒体FA氧化的关键节点。这一发现不仅拓展了对MAS生理功能的认识，也为理解适应性产热提供了新的代谢调控框架。