AMPK调控ARF1定位于膜接触位点促进脂滴与线粒体间脂肪酸转运的分子机制

为解决骨骼肌细胞在饥饿条件下能量代谢调控机制不明的问题，研究人员开展了关于ARF1-Plin2介导的脂滴-线粒体接触调控脂肪酸氧化的研究。通过细胞模型和小鼠实验，发现AMPK通过促进活性ARF1在线粒体的定位，增强其与Plin2的结合，从而驱动脂肪酸从脂滴向线粒体转运。该研究揭示了能量应激下细胞器互作的新机制，为代谢性疾病治疗提供潜在靶点。

　　

在生物体应对饥饿等能量危机时，骨骼肌细胞需要高效动员储存的脂肪酸以满足能量需求。这一过程高度依赖脂滴（LDs）与线粒体间的动态接触，但其中的分子调控机制仍存在诸多谜团。尽管已知Plin5等蛋白参与这一过程，是否存在其他关键调控因子？特别是小G蛋白ARF1在脂代谢中的非经典功能亟待探索。

华中农业大学的研究团队在《Cell Death and Disease》发表的研究中，通过系统的细胞生物学和分子生物学方法，揭示了AMPK-ARF1-Plin2通路在饥饿条件下调控LD-线粒体接触的新机制。研究采用C2C12骨骼肌细胞模型和小鼠饥饿实验，结合荧光脂肪酸示踪、免疫共沉淀、高分辨率显微成像等技术，发现葡萄糖饥饿显著增强ARF1的GTP结合活性及其在线粒体的定位。关键实验显示，ARF1通过其活性形式（ARF1-Q71L）与Plin2结合，形成LD-线粒体间的分子桥梁；而AMPK抑制剂处理会阻断这一过程。小鼠实验进一步证实，ARF1抑制剂BFA可抑制肌肉组织中LD-线粒体接触及β-氧化相关基因表达。

研究结果部分：

1. 1.

   葡萄糖饥饿促进LD-线粒体接触及ARF1表达

   通过BODIPY493/503和MitoTracker双标记，发现饥饿处理使LD-线粒体重叠率增加2.3倍（图1A-B），同时ARF1蛋白水平显著上调（图1E-F）。

2. 2.

   ARF1调控LD-线粒体互作

   过表达ARF1使LD数量减少37%（图2F），而siRNA敲降则阻断饥饿诱导的LD-线粒体接触（图2J-K）。超分辨成像显示ARF1定位于LD-线粒体接触界面（图3A-C）。

3. 3.

   GTP结合态ARF1通过Plin2发挥作用

   免疫共沉淀证实ARF1-Q71L（持续激活突变体）与Plin2结合力比野生型高2.1倍（图4E），且能更有效促进LD-线粒体互作（图4F-G）。

4. 4.

   AMPK调控ARF1的亚细胞定位

   AMPK抑制剂BAY-3827使ARF1在线粒体的定位降低61%（图5F-I），并抑制脂肪酸从LD向线粒体转运（图5B-E）。

这项研究首次阐明AMPK-ARF1-Plin2轴在能量应激响应中的核心作用：饥饿激活AMPK后，促使GTP结合的ARF1转位至线粒体，通过与Plin2的相互作用搭建LD-线粒体间的"代谢高速公路"，加速脂肪酸的β-氧化供能。这不仅拓展了对小G蛋白非经典功能的认知，还为肌肉萎缩、肥胖等代谢紊乱疾病的干预提供了新思路——通过调控ARF1的活性或AMPK-Plin2相互作用，可能精确调节细胞器间的脂质流动。研究采用的活细胞脂肪酸动态示踪技术（图1J-M）和ARF1亚型特异性定位分析（图4C-D）等方法学创新，为后续细胞器互作研究提供了重要范式。