Cell Metab：来自脂肪细胞的应激信号，保护心脏免受脂质毒性损伤
脂肪细胞在肥胖中经历强烈的能量应激，导致线粒体质量和功能的损失。在一项新的研究中，来自美国德克萨斯州大学西南医学中心、华盛顿大学圣路易斯医学院、德国乌尔姆大学医学中心和中国中山大学的研究人员发现心脏从脂肪中接收到的应激信号可能有助于让心脏免受肥胖引起的损害。这一发现可能有助于解释一种称为“肥胖悖论（obesity paradox）”的现象，即与瘦者相比，肥胖者有更好的短期和中期心血管疾病预后，但最终的长期预后较差。相关研究结果于2021年8月20日在线发表在Cell Metabolism期刊上，论文标题为“Extracellular vesicle-based interorgan transport of mitochondria from energetically stressed adipocytes”。
论文通讯作者、德克萨斯州大学西南医学中心内科医学教授和细胞生物学教授Philipp E. Scherer博士说，“我们在这项研究中发现的机制可能是在肥胖中保护心脏的许多机制之一。”
论文第一作者、德克萨斯州大学西南医学中心内科医学助理讲师Clair Crewe博士解释说，肥胖的代谢应激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和死亡。最终，这种不健康的脂肪失去了储存由食物中过多热量产生的脂质的能力，从而通过一种称为脂质毒性（lipotoxicity）的效应毒害其他器官。一些器官，包括心脏，似乎可以进行先发制人的防御，以保护其免受脂肪毒性的影响。但心脏如何感知脂肪的功能障碍状态一直是未知的。
在他们的研究中，Crewe博士、Scherer博士和他们的同事们使用一种遗传技术来加速小鼠线粒体质量和功能的丧失。当这些小鼠吃了高脂肪饮食并变得肥胖时，他们发现，他们的脂肪细胞开始快速地和强劲地释放出胞外囊泡（extracellular vesicle），所释放的外囊泡内部充满了能够进行呼吸作用但遭受氧化损伤的线粒体颗粒。其中的一些线粒体颗粒通过血液流向心脏从而被心肌细胞摄取，并在心肌细胞中引发了氧化应激，从而产生大量有害的称为活性氧（ROS）的自由基。
为了对抗氧化应激，心脏细胞产生大量的保护性抗氧化分子。这种保护性反击是如此强烈，以至于当这些作者给小鼠注射充满线粒体片段的胞外囊泡和随后诱发心脏病发作时，与没有接受注射的小鼠相比，它们的心脏损伤明显减少。因此，单次注射来自遭受能量应激的脂肪细胞的胞外囊泡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间线粒体的功能性转移，也是“器官间线粒体低毒兴奋效应（inter-organ mitohormesis）”的第一个脊椎动物例子。因此，这些看似有毒的脂肪细胞胞外囊泡可能提供了一个生理途径，可以有效地保护心脏免受肥胖引起的不可避免的脂肪毒性或缺血应激。
图片来自Cell Metabolism, 2021, doi:10.1016/j.cmet.2021.08.002。
Crewe博士说，利用从肥胖患者取样的脂肪组织进行的进一步研究表明，人体脂肪细胞也释放出充满线粒体的胞外囊泡，这表明在小鼠身上观察到的效果也发生在人类身上。
她解释说，最终，肥胖者的心脏和其他器官会被脂质毒性影响所淹没，导致许多肥胖症的合并症。然而，学习如何人为地产生这项研究中发现的保护机制，可能会导致新的方法来缓冲肥胖的负面影响。这些知识甚至可以为保护瘦者的心脏免受损害提供策略。
Crewe博士说，“克鲁博士说：'通过更好地了解来自脂肪的应激信号，我们也许能够利用这一机制来改善肥胖和非肥胖者的心脏健康。”
参考资料：
Clair Crewe et al. Extracellular vesicle-based interorgan transport of mitochondria from energetically stressed adipocytes. Cell Metabolism, 2021, doi:10.1016/j.cmet.2021.08.002.