线粒体蛋白质组学揭示Djungarian仓鼠每日蛰伏的代谢适应机制及其与深度冬眠的差异

为解决小型哺乳动物在每日蛰伏（daily torpor）期间如何维持高于环境温度的体温这一代谢调控难题，荷兰格罗宁根大学医学中心（UMCG）的研究团队通过靶向线粒体蛋白质组学技术，系统分析了Djungarian仓鼠（Phodopus sungorus）肝脏中40种关键代谢蛋白的动态变化。研究发现，与深度冬眠不同，每日蛰伏通过上调脂肪酸β-氧化（FAO）和三羧酸循环（TCA）酶类（如SDHA/SDHB、OGDH等）、线粒体解偶联转运体SLC25A5及抗氧化酶SOD2等独特适应机制，支撑其在15°C以上体温条件下的持续能量供应和氧化应激防御。该成果发表于《Journal of Comparative Physiology B》，为理解代谢可塑性进化提供了新视角。

　　

在严寒环境中，小型哺乳动物发展出两种截然不同的生存策略：深度冬眠者（如地松鼠）能将体温降至接近冰点，而每日蛰伏者（如Djungarian仓鼠）则需维持15°C以上的核心体温。这种差异引发了一个关键科学问题——在代谢率显著降低的同时，每日蛰伏动物如何持续产生足够热量抵御严寒？更令人困惑的是，尽管线粒体在深度冬眠中的适应机制已被广泛研究，但驱动每日蛰伏的分子开关仍属未知。

荷兰格罗宁根大学医学中心（University Medical Center Groningen, UMCG）的Anna Kovacs团队通过创新性的靶向蛋白质组学技术，首次绘制了Djungarian仓鼠肝脏线粒体的动态蛋白质图谱。研究人员比较了夏季长日照（LD）、冬季蛰伏（T）和蛰伏间觉醒（IBE）三组动物的肝脏样本，利用同位素标记标准品（QconCATs）和液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术，精准量化了40种涉及三羧酸循环、脂肪酸氧化、氧化磷酸化和活性氧清除的关键蛋白。

主要技术方法
实验选用19只Djungarian仓鼠，通过短日照（8小时光照）诱导冬季蛰伏状态。靶向蛋白质组学采用同位素标记串联肽段作为内标，通过选择性反应监测（SRM）模式检测目标肽段，数据经Limma包进行差异分析并以柠檬酸合成酶（CS）标准化。

季节性代谢转换
热图分析和主成分分析显示，蛰伏期样本与其他组显著分离（PC1解释52.2%变异）。脂肪酸β-氧化通路酶类（ACADVL、ACADL、ECHS1等）在冬眠期（T和IBE）普遍上调，证实从糖代谢向脂代谢的季节性转换。这种适应与深度冬眠者相似，可能通过增加酶量补偿低温导致的活性下降。

每日蛰伏的特异性适应
与深度冬眠不同，蛰伏期出现9种三羧酸循环酶（如OGDH、MDH2、DLST）和复合体II（SDHA/SDHB）的显著上调。这种独特的"代谢引擎增强"模式，可能支撑更高体温所需的持续ATP生成。特别值得注意的是线粒体转运体SLC25A5（升高1.9倍），其兼具ADP/ATP交换和质子漏（proton leak）功能，既能维持能量供应，又可通过温和解偶联减少活性氧产生。

抗氧化防御专一性
在所有抗氧化酶中，仅超氧化物歧化酶2（SOD2）在蛰伏期特异性上调，这与深度冬眠中观察到的广泛抗氧化系统激活形成对比。这种选择性调控暗示SOD2在每日蛰伏代谢转换中的核心地位。

觉醒过程的逆向调控
从蛰伏到觉醒（T→IBE），三羧酸循环酶（如ACO2、OGDH）和脂肪酸转运体CPT2迅速回落，而觉醒到夏季（IBE→LD）则伴随脂肪酸氧化酶的全面下调，揭示代谢重编程的高度动态性。

该研究首次揭示每日蛰伏的线粒体适应具有"双轨制"特征：既保留深度冬眠共有的脂代谢转换，又发展出独特的持续产热机制。这些发现不仅解释了Djungarian仓鼠在-40°C环境中维持15°C体温的分子基础，还为人类代谢疾病研究提供了新思路——SLC25A5的调控可能成为改善线粒体功能障碍的潜在靶点。正如作者在讨论中指出，比较不同冬眠模式的分子策略，将有助于揭示代谢可塑性的进化边界。