Nature：CLSTN3β增强脂肪细胞多房表型和促进脂质利用

CLSTN3β是一种整合内质网（ER）膜蛋白，通过保守的发夹状结构域定位于ER–脂滴（LD）接触位点。

CLSTN3β表达的缺失导棕色脂肪组织LD形态异常和产热受损，而CLSTN3α的强制表达可促进多房性和脂肪酸氧化。

CLSTN3β通过阻断细胞死亡诱导DFFA样效蛋白（CIDE）介导的LD融合来抑制LD扩张。

  研究背景：

多房脂肪细胞的存在被认为是产热脂肪的标志，这一特征在形态学上区分了棕色/米色脂肪细胞和单房、储能的白色脂肪细胞。有假设提出细胞内脂质储存组织成许多小脂滴（LDs），以通过增加LD表面积与体积比来提高甘油三酯的使用效率。然而，这一假设尚未得到正式检验，主要是因为产热脂肪细胞形成多房表型的机制尚不清楚。

在主要的脂质储存细胞中，LD 扩张受到细胞死亡诱导DFFA样效应蛋白(CIDE)的控制，这些蛋白介导 LD-LD 接触以及随着时间的推移从小LD到大 LD 的脂质转移。CIDE具有促进LD融合的基本功能，CIDE缺乏导致小鼠和人类不同细胞类型中的小LD积累。鉴于白色和棕色/米色脂肪细胞中CIDE高表达在LD形态方面的不同结果，产热脂肪细胞可能含有以细胞类型特异性方式改变CIDE活性的尚未定义的因素。

CLSTN3β 是Clstn3基因座的脂肪细胞选择性产物，受冷刺激和PPARγ调节。棕色前脂肪细胞的电子显微镜显示，CLSTN3β是一种ER驻留蛋白，其C-末端面向ER腔。一旦刺激前脂肪细胞形成LDs（通过油酸（OA）处理或分化），CLSTN3β仅定位于ER–LD接触位点。CLSTN3β易定位于多种细胞类型的LDs，同时保持与ER的共定位。内源性CLSTN3β也定位于LDs，它在从棕色脂肪细胞分离的LDs中高度富集。为了鉴定CLSTN3β促进其与LDs关联的结构域，研究人员评估了一系列截短突变体的定位，发现CLSTN3β通过将其N-末端疏水发夹分配到LD上而定位到ER–LD接触位点，而其C-末端跨膜结构域仍然锚定在ER中。

CLSTN3β是一种ER驻留蛋白，定位于ER–LD接触位点。

为了确定CLSTN3β的生理功能，研究人员构建了全局（AdC3KO）和脂肪细胞特异性敲除（CLSTN3βKO）小鼠。发现AdC3KO和CLSTN3βKO小鼠都增加了BAT甘油三酯含量。组织学上，AdC3KO BAT具有明显更多的单房外观。此外，CLSTN3β的缺失导致产热缺陷，这与产热基因表达的广泛变化无关。由于CLSTN3β特异性定位于ER–LD接触位点，研究人员假设其在产热脂肪细胞中的功能是调节脂质利用。与这一假设一致，AdC3KO和CLSTN3βKO小鼠的呼吸交换率都高于WT小鼠，表明它们氧化的脂质更少，碳水化合物更多。

CLSTN3β表达缺失影响BAT中LD形态和脂质利用

研究人员还构建了CLSTN3βKO棕色前脂肪细胞克隆， 发现CLSTN3β的再表达显著增加了LD数量并降低了LD大小。在功能上，表达CLSTN3β的脂肪细胞的多房LD表型与线粒体呼吸有关，这归因于更有效的脂肪分解和脂肪酸氧化，而不是线粒体含量的增加。从CLSTN3β表达脂肪细胞分离的LDs在单位甘油三酯中具有更高含量的甘油三酯脂肪酶（ATGL）和CGI58，这与脂肪分解机制对扩大的 LD 表面积的可及性增加一致。这些结果表明CLSTN3β通过细胞自主机制促进脂肪细胞的多房性和脂质利用。

CLSTN3β的强制表达促进脂肪细胞的多房性和脂质利用

进一步探究发现， CLSTN3β与CIDEs的C-末端区域特异性相互作用，其包含LD靶向两亲螺旋以及LD融合的关键残基。在共表达CLSTN3β和CIDEA的细胞中，CIDEA仍然能够定位于LDs，表明CLSTN3β不干扰CIDE-LD关联。随后，研究人员使用基于光漂白荧光恢复技术（FRAP）测量了CLSTN3β存在或不存在时CIDE脂质交换率，发现CLSTN3β严重损害CIDE介导的脂质转移。与这一观察结果一致，CLSTN3β在过度表达CIDEs的棕色脂肪细胞中强化了多房LD表型。这些结果表明，CLSTN3β通过与CIDEs结合并阻断其在LD–LD接触位点转移脂质的能力，从而促进LD多房表型。

CLSTN3β与CIDE蛋白结合并阻断LD融合

综上所述，该研究揭示了CLSTN3β在建立产热脂肪细胞独特的多房形态中的作用。CLSTN3β定位于ER–LD接触位点，通过阻断CIDE介导的LD融合来限制LD扩张。CLSTN3β对于在培养的细胞和脂肪组织中实现多房LD表型是必要且足够的。未来的研究将聚焦CLSTN3β调节CIDE脂质转移活性的生物物理机制。