来自脂肪细胞的线粒体可通过细胞外囊泡进行器官间转运

admin · 发表于 2021-9-9 22:56:48

研究发现来自脂肪细胞的线粒体可通过细胞外囊泡进行器官间转运

图片展示了心脏细胞吸收了红色脂肪细胞衍生的细胞外囊泡

来自德克萨斯大学西南医学中心的研究人员发表的一项新研究表明，心脏从脂肪接收到的压力信号有助于防止肥胖引起的心脏损伤。这一发现最近在线发表在 Cell Metabolism 杂志上，该理论可以帮助解释“肥胖悖论”：即与瘦人相比，肥胖者具有更好的短期和中期心血管疾病预后的现象，但长期最终的预后结果更差。

“我们在这里确定，基于细胞外囊泡而响应线粒体压力的机制可能是保护肥胖患者心脏的众多机制之一。”该研究的负责人、通讯作者、长期致力于脂肪代谢研究的Philipp E. Scherer 博士说。

Philipp E. Scherer 博士

该研究的第一作者 Clair Crewe 博士解释说，肥胖患者的代谢压力逐渐使脂肪组织功能失调，导致其线粒体（产生能量的细胞器）萎缩并死亡。最终，这种不健康的脂肪失去了储存食物中过量卡路里产生的脂质的能力，通过脂质毒性的作用损害其他器官。一些器官，包括心脏，似乎会采取先发制人的防御措施来防止脂质毒性。但心脏如何感知脂肪的功能失调状态此前尚不清楚。

Clair Crewe 博士

在他们的研究中，Crewe博士、Scherer博士和他们的同事使用遗传技术来加速小鼠线粒体质量和功能的丧失。当这些动物吃高脂肪饮食并变得肥胖时，研究人员发现啮齿动物的脂肪细胞开始释放出包含有线粒体碎片的细胞外囊泡。其中一些线粒体碎片通过血流到达心脏，引发氧化应激，在这种状态下，细胞会产生有害的自由基。

为了抵消这种压力，心脏细胞会产生大量的保护性抗氧化分子。这种保护性反应非常强烈，当科学家们向小鼠注射充满线粒体碎片的细胞外囊泡并随后诱发心脏病发作时，与未接受注射的小鼠相比，这些动物心脏的损伤明显较小。

Crewe博士说，使用从肥胖患者身上取样的脂肪组织的进一步研究表明，这些细胞也会释放充满线粒体的细胞外囊泡，这表明在小鼠身上观察到的影响也发生在人类身上。

她解释说，最终，肥胖者的心脏和其他器官会因脂毒性作用而不堪重负，从而导致许多肥胖的并发症。然而，如何人为地利用这种保护机制去开发新的方法来抵消肥胖的负面影响，值得去思考。该也可以为瘦的人提供保护心脏免受损伤的策略。

“通过更好地理解脂肪发出的求救信号，”Crewe博士说，“我们或许能够利用这一机制来改善肥胖和非肥胖个体的心脏健康。

这项研究得到了美国国立卫生研究院 (NIH) 的资助（编号R01-DK55758、R01-DK127274、R01-DK099110、RC2-DK118620 和 P01-AG051459）。

该论文摘要

脂肪细胞在肥胖症中承受强烈的能量压力，导致线粒体质量和功能的丧失。我们发现脂肪细胞通过快速而有力地释放小细胞外囊泡 (sEV) 来响应线粒体压力。这些 sEVs 包含有呼吸能力但氧化受损的线粒体颗粒，这些颗粒进入循环并被心肌细胞吸收，在那里它们触发 ROS 的爆发产生。结果是心脏中的补偿性抗氧化信号保护心肌细胞免受急性氧化应激。因此，从能量压力下的脂肪细胞中单次注射 sEV 可以限制小鼠的心脏缺血/再灌注损伤。这项研究首次描述了组织之间的功能性线粒体转移，以及第一个脊椎动物的“器官间线粒体应激”的案例。因此，这些看似有毒性的脂肪细胞 sEV 可能提供有效的心脏保护生理途径，以对抗肥胖引起的不可避免的脂毒性或缺血性应激。

关于德克萨斯大学西南医学中心

德克萨斯大学西南医学中心（UT Southwestern）是美国首屈一指的学术医疗中心之一，将开创性的生物医学研究与卓越的临床护理和教育相结合。该机构的教职员工已获得六项诺贝尔奖，其中包括 25 名美国国家科学院院士、16 名美国国家医学院院士和 13 名霍华德休斯医学研究所研究员。2,800 名全职教师致力于开创性的医学进步，并将科学研究快速转化为新的临床治疗方法。UT Southwestern的医生为超过 117,000 名住院患者、超过 360,000 例急诊室病例提供约 80 个专科的护理，并每年有近 300 万次门诊就诊。

参考文献：

1. Crewe C et al. Extracellular vesicle-based interorgan transport of mitochondria from energetically stressed adipocytes. Cell Metab [Epub ahead of print].

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