ARS：陈压西/赵蕾团队揭示抑制脂肪酸转位酶 (FAT/CD36)棕榈酰化增强肝脂肪酸 β-氧化的新机制
2022年1月，重庆医科大学的相关研究人员在《Antioxidants and Redox Signaling》（IF: 8.4）上发表了题为“Inhibition of fatty acid translocase (FAT/CD36) palmitoylation enhances hepatic fatty acid β-oxidation by increasing its localization to mitochondria and interaction with long-chain acyl-CoA synthetase 1”的研究论文，阐明了抑制FAT/CD36棕榈酰化可促进线粒体脂肪酸β-氧化以减轻HFD喂养小鼠NAFLD的新机制。
抑制脂肪酸转位酶（FAT/CD36）棕榈酰化可促进FAT/CD36定位于线粒体并增强 FAT/CD36 和长链酰基辅酶 A 合成酶 1（ACSL1） 之间的相互作用
抑制FAT/CD36棕榈酰化增加肝细胞中长链酰基辅酶A和酰基肉碱的生成
线粒体FAT/CD36作为一种分子桥梁，将长链脂肪酸（LCFA）运输到ACSL1，以增强肝细胞中的脂肪酸氧化（FAO），从而减轻非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）中的脂质积
非酒精性脂肪性肝病 (NAFLD) 的特征是肝细胞中脂肪过度堆积，肝脏脂肪酸代谢的稳态失衡是NAFLD发生发展的关键。线粒体中脂肪酸氧化 (FAO) 的减少不仅会导致肝细胞中的细胞内脂质积累，而且还会通过过量产生 活性氧（ROS）和氧化损伤导致炎症。分化簇 36 (CD36)，也称为脂肪酸转位酶 (FAT)，是一种促进长链脂肪酸 (LCFA) 摄取的跨膜糖蛋白，且FAT/CD36所起的作用远不止于此，其已被公认为一种调节脂肪酸代谢的多功能受体。
FAT/CD36 的功能与其亚细胞定位有关。棕榈酰化是最常见的脂质修饰之一，通常被认为可调节 FAT/CD36 亚细胞定位。棕榈酰化是否调节肝细胞线粒体膜的 FAT/CD36 亚细胞定位以及 LCFA β-氧化在 NAFLD 中的功能后果值得进一步研究。对于线粒体中的脂肪酸 β-氧化，必须首先通过长链酰基辅酶 A （acyl-CoA）合成酶 (ACSL) 将 LCFA 激活为acyl-CoA。ACSL亚型 ACSL1主要与肝细胞线粒体中的脂质分解代谢有关。线粒体 FAT/CD36 是否参与肝细胞中的 FAO 以及线粒体 FAT/CD36 与 ACSL 之间是否存在关系是一个有待探索的新领域。
研究人员给 C57BL/6J 小鼠喂食高脂饮食 (HFD) 16 周，用以构建 NAFLD 小鼠模型。发现与正常食物（NCD）喂养的小鼠相比，喂食 HFD 的小鼠肝脏中 FAT/CD36 的表达水平及棕榈酰化都显著增加。使用慢病毒载体抑制FAT/CD36 棕榈酰化（AA-SS-CD36）可保护小鼠免受 NAFLD 的侵害，在HepG2细胞中使用慢病毒载体或棕榈酰化抑制剂处理也可减少细胞中的脂滴积聚。此外，免疫印迹和共聚焦显微镜分析表明，FAT/CD36 存在于肝细胞的线粒体膜上，并且 FAT/CD36 棕榈酰化的抑制显著促进了FAT/CD36 定位于线粒体。
NAFLD小鼠肝脏中FAT/CD36表达和棕榈酰化增加，抑制FAT/CD36棕榈酰化可保护NAFLD小鼠
脂肪酸在线粒体中经历β-氧化的第一步是转化为acyl-CoA，由线粒体外膜（OMM）上的ACSL催化。然后，acyl-CoA 被 CPT1A 转化为酰基肉碱（acyl-carnitine），并通过 CACT 转运到线粒体。接下来，它被线粒体内膜（IMM）上的CPT2转化为acyl-CoA，从而进入线粒体基质进行β-氧化。
为了探索线粒体 FAT/CD36 对脂肪酸 β 氧化的可能影响，研究人员通过液相色谱-质谱（LC-MS）法检测了小鼠和表达 WT-CD36 或 AA-SS-CD36 的 HepG2 细胞中acyl-CoA和acyl-carnitine的含量。脂质组学特征显示 WT-CD36 和 AA-SS 组之间存在明显差异，抑制 FAT/CD36 棕榈酰化可促进肝细胞中长链acyl-CoA 和acyl-carnitine的产生。研究人员随后检测了具有不同底物（棕榈酸酯或棕榈酰辅酶A）的WT-CD36和AA-SS细胞的耗氧率（OCR）、最大呼吸和 ATP 产量，发现抑制 FAT/CD36 棕榈酰化可以上调肝脏脂肪酸 β 氧化。由于ACSL催化 LCFA 向长链acyl-CoA的转化，研究人员用针对 ACSL1 的 siRNA 转染 AA-SS-HepG2 细胞，并进行了棕榈酸依赖性氧化的测定，结果证实，ACSL1 对于抑制 FAT/CD36 棕榈酰化诱导的线粒体脂肪酸 β-氧化增加是必需的。
抑制FAT/CD36棕榈酰化增加肝细胞中长链acyl-CoA和acyl-carnitine的生成
基于 FAT/CD36 和 ACSL1 增加的亚细胞位置，研究人员接下来探讨了 FAT/CD36 和 ACSL1 之间的相互作用。共聚焦显微镜分析显示，与 HepG2 和 Huh7 细胞中的 WT-CD36 组相比，AA-SS 组中 FAT/CD36 和 ACSL1 的共定位增加。免疫沉淀分析以及原位邻近连接测定都表明，FAT/CD36 棕榈酰化的抑制促进了 FAT/CD36 和 ACSL1 之间的相互作用。此外，研究人员还评估了WT-CD36和AA-SS细胞之间脂肪酸转运到线粒体的差异，发现线粒体上的去棕榈酰化 FAT/CD36 可能充当 LCFA 和 ACSL1 之间的分子桥梁，去棕榈酰化 FAT/CD36 和 ACSL1 之间增强的相互作用有助于脂肪酸运输到线粒体。
FAT/CD36棕榈酰化的抑制增加了FAT/CD36和ACSL1之间的相互作用
综上所述，该研究结果表明，抑制 FAT/CD36 棕榈酰化促进 FAT/CD36 定位到线粒体并增强 FAT/CD36 和 ACSL1 之间的相互作用。FAT/CD36 和 ACSL1 的结合充当 LCFA 和线粒体之间的“桥梁”。线粒体 FAT/CD36 增加了 LCFA 向长链acyl-CoA的转化，这由 ACSL1 催化，从而增强了线粒体中的 FAO 并减轻了肝细胞中的脂质积累。由于棕榈酰化控制着FAT/CD36的分布和功能，针对FAT/CD36的棕榈酰化位点可能是治疗NAFLD的新策略。
抑制脂肪/CD36棕榈酰化促进FAO和减轻NAFLD的分子机制
