脂滴——细胞脂类代谢的细胞器

!#$%&!’(%&)))*+,-*./01+232456789:7457)!;主编特约·综述脂滴———细胞脂类代谢的细胞器张淑妍1,杜雅兰1,2,汪洋1,刘平生1#!中国科学院生物物理研究所，北京$$$；%#&贵州大学生命科学学院，贵阳’’$$%’收稿日期：%$$($)%*；接受日期：%$$)$%)$%基金项目：国家自然科学基金面上项目+$*,-%.$$/通讯作者：刘平生，电话：0$$12.333’4，5)6789：:98;=;’#8?:#7@#@摘要：脂滴是细胞内中性脂贮存的主要场所!由极性单磷脂层包裹疏水核心组成近年来的蛋白质组学研究表明!脂滴表面还存在着许多功能蛋白!进一步揭示了脂滴可能参与细胞内物质的代谢和转运!以及细胞信号传导等过程!是一个活动旺盛的多功能细胞器实验结果还证明!脂滴不但是甘油三酯贮存和分解#花生四烯酸代谢和前列腺素合成的主要场所!脂滴还具有合成甘油三酯和磷酯的功能由此可见!脂滴可能是细胞内参与脂类合成代谢的细胞器关键词：脂滴$蛋白质组学$酶$脂类代谢$细胞器中图分类号：A%2，A%’4!引言脂滴是细胞内中性脂（B;CD79!98:8E=）的主要贮存场所，广泛存在于细菌、酵母、植物、昆虫以及动物细胞中FG%H。脂滴的大小差别很大，直径从.$!6至$$!!6不等FIH。脂滴由磷脂单分子层及中性脂构成的疏水核心构成，并且表面分布有很多蛋白。最早关于脂滴的描述出现在24.年，J7KLBB;MBNOB@P在牛奶中发现了脂肪滴。*世纪末，Q9C67F.H和R89=OF’H也观察到了脂滴，并命名为脂质体（98:O=O6B）。在对脂滴的不断研究中，又陆续出现了很多名字，如98:8EKEDO:9BC、98:8EK?OES、T7CK?OES、T7CKEDO:9BC，以及最近的7E8:O=O6BF2H。目前来看，大部分科研工作者仍习惯称之为98:8EKEDO:9BCF4H。长期以来，脂滴一直被认为是一种类似于糖原的颗粒，只是用来贮存能量，当细胞需要能量时，用来供给能量，是一个“惰性”的细胞内含物，因而脂滴在很长一段时间内并未受到人们的重视。**年，UDBB?BDV等人F3H发现了第一个与脂肪细胞脂滴相关的蛋白:BD898:8。随后，,87V等人F*H于**%年克隆了脂滴的主要蛋白QWXY。加上后来在脂滴上发现的Z8:.4F$H，-8;D7等人FH于%$$%年定义了YQZ（YBD898:8，QWXY，Z8:.4）家族蛋白。近来YQZ家族又增加了[I\%F%H和]^YQZ_YQZFIH两个蛋白。%$$.年，L8;F2H建立了脂滴的纯化方法，并与同事用蛋白质导读尽管早在17世纪就有人发现了脂滴，但长期以来，脂滴一直被认为只是用来储存能量的。近10年来，科学家在脂滴上发现了多种具有生物学功能的大分子，脂滴的生物学功能也越来越受到关注。刘平生研究员多年来一直从事脂滴生物学的研究，相信这篇综述会为大家了解脂滴的更多生物学功能，以及该领域的发展现状提供参考。生物物理学报=(=年月第卷第期?@AB@99C3DEFGH3A@99H3I3A@99%(%9J.K*99I.*?!!#!$%&’()*+&!$+&,&!-./0123$,/425678492:;:生物物理学报2:;:年第23卷第2期主编特约·综述$$&=?@7A9B7?7C!脂滴中含有丰富的与脂类代谢相关的酶近年来，人们已经从!种不同的细胞及组织中分离纯化出脂滴，进行了#项脂滴蛋白组学的研究$%&’()*+。到目前为止，已发现的哺乳动物脂滴蛋白有,-.多种$//+。分析发现，有很多蛋白是与甘油三酯、磷脂和胆固醇的合成、修饰、降解等脂类代谢有关的酶。例如，012等人$%+对中国仓鼠卵巢细胞34567-的脂滴进行质谱学和免疫印迹分析，鉴定出将近*8图;99脂滴的结构与功能脂滴由极性单分子层9如磷脂和胆固醇:、非极性核心9如胆固醇酯和甘油三酯:，以及表面的许多功能蛋白构成。脂滴表面蛋白研究表明，脂滴可能参与细胞的脂质合成与代谢、物质的运输及贮存，以及细胞信号传导过程6?D4;99+@EFG@FE79H=A9IF=G@?/=J9/I90?K?A9AE/K07@J66;61=16?@=AB6C@DE1EBE6@F6G6=H@E=H@1=16I@D@GJA?6BHGB6E2??@2DE6G6HJ?@=H@K1C6C@?AL6MACADB6EB2J6?ANAGE6BHGB61=16?@=ABE6IGJ6KA6G6JDGI1C6@?OGDAA61D6IABGK@1EIP6B?GDE=@?B6GD6E1ODG6B?GDE2CB1@DQ1C@EGD@16OADA?GB1@DR1ODG6B?GDE2CB1@DRBA?@1@OADAE1ESAIK?GDA6K1@OADAE1ET?GFF1CU1DO3H@AEBA?@6H@IA@EBGE1E3H@AEBA?@6EJDBHAE1E01=16EJDBHAE1EVSABGK@1EIADA?OJ6KGGDCAR1ODG6=?@BA1DET?GFF1C6=?@BA1DEQDWJIAE3H@AEBA?@EJDBHABGEA组学方法发现动物细胞脂滴不但含有X;T家族蛋白，还带有甘油三酯水解酶（G1=@EA6B?1OJCA?1A61=GEA，;TY0）和与脂肪合成及胆固醇合成相关的许多酶类，以及与膜转运相关的蛋白，如小Y蛋白MGKE。-88Z年，[G?BW6等人$*+首次完成了脂滴的脂质组学分析并发现脂滴中存在另一种中性脂：醚脂。在这些工作，以及近年来越来越多的脂滴蛋白质组学研究的推动下，有关脂滴的研究得到迅速发展。研究表明，脂滴并非细胞内一个简单的能量贮存器，而是一个复杂、活动旺盛、动态变化的多功能细胞器。脂滴能够沿着细胞骨架运动，并与其它细胞器相互作用，可能在脂类代谢与存储、膜转运、蛋白降解，以及信号传导过程中起着重要的作用$\P]P%+（图）。另外，研究还表明，多种代谢性疾病，如肥胖、脂肪肝、心血管疾病$Z+及糖尿病$^P,!+、中性脂贮存性疾病$,!+和_1AIGDD6X1CU63疾病$\8+，往往都伴随着脂质贮存的异常。因此，关于脂滴的生物学研究日益受到人们的重视。虽然脂滴在细胞中可能行使许多功能，限于篇幅，本文仅着重讨论脂滴在脂类代谢中所起的作用。LM!!!#$%&’()#*+,-.,/01234567-,/6187-,张淑妍等：脂滴———细胞脂类代谢的细胞器7*9:;=/9:!!?主编特约·综述种蛋白，其中约#$是参与脂类代谢的酶。%&’()*等人+,-用./01234567.8方法在人表皮鳞状细胞癌/9:细胞株中鉴定出了个脂滴蛋白，其中有;个是脂代谢相关的酶。6)=&?等人+,9-用人肝癌细胞系@)@;，利用A(A70B3.8C.8方法，对其脂滴蛋白进行分析，鉴定出:;个主要的蛋白，其中#个是与脂类代谢有关的酶。这些结果表明细胞内的脂滴可能是参与脂代谢的细胞器之一。!脂滴在脂类代谢中的作用@)A//脂滴参与甘油三酯的合成细胞中甘油三酯（?D=(EF’G’FEHD’，4/I）的合成大部分从磷酸甘油（G’FEHD’JKLJK(?H）开始，然后，脂肪酸单体依次加入到甘油的骨架上。研究表明，脂滴中存在着甘油三酯合成通路中的多种酶，如脂酰B/合成酶（(EF’3B/7LFA?KH?(LH7’AG3EK(=A7*(&=’F，/B80）和酰基转移酶，如二酯酰甘油酰基转移酶（M=(EF’G’FEHD’7(EF’?D(AL*HD(LH，1I/4）等。N)HDLEKAHD等人+#-发现，B58;细胞及430:脂肪细胞的脂滴中不仅存在着甘油三酯，还存在着其合成前体甘油二酯（M=(EF’G’FEHD’，1/I），而且脂滴中还存在着催化这一反应的酶1I/4,。在分离纯化的脂滴中，加入棕榈酰B/（J(’&=’?F’3B/）和用同位素标记的1/I，则体系中将有放射性标记的4/I生成+O-。由蛋白组学的结果可以看出，/B80广泛存在于不同种类的哺乳动物细胞脂滴中。/B80是一个蛋白家族，该家族以长链脂肪酸、/4P和B/为底物，催化脂酰B/的生成。脂酰B/是合成其它脂类（如4/I和胆固醇酯）的重要底物。哺乳动物中有#个/B80的同工酶，/B80:及/B80Q/B80O。6)=&?等在人肝癌细胞@)@;中鉴定出/B80是脂滴相关蛋白，而且他们发现，将纯化的脂滴和:9B标记的油酸（’H=E!(E=M）或者棕榈酸（J(’&=?=E!(E=M）一起孵育，将会有放射性的脂酰B/生成，表明脂滴具有/B80活性；脂滴与:9B标记的油酰3B/（’HF’3B/）一起孵育，同时加入1/I或胆固醇，将会有放射性的4/I和胆固醇酯生成，表明脂滴能够部分参与中性脂的合成，并且具有1I/4及脂酰B/：胆固醇酰基转移酶（(EF’3B/REK’HL?HD’!(EF’?D(AL*HD(LH，/B/4）的活性。而且，在不加入1/I和胆固醇的情况下，脂滴仍然能够合成4/I和胆固醇酯，表明脂滴自身可能提供脂代谢的部分中间产物+;-。因此，脂滴至少在一定程度上参与了细胞内4/I的合成。@)@//脂滴在降解甘油三酯中的作用激素敏感性脂肪酶!KD&AH3LHAL=?=SH!’=J(LH，@80是脂滴上首先被发现的催化中性脂水解的脂肪酶+T-。第二个被发现的酶被称为脂肪甘油三酯脂肪酶!(M=JLH!?D=G’FEHD=MH!’=J(LH，/4I0、MHLA)?D=A或B(,U依赖的磷脂酶/,!JKLJK’=J(LH!/,，这种酶能够将4/I水解为1/I+V-。@80在正常情况下主要存在于胞浆中，在刺激脂肪水解的条件下，几乎完全定位于脂滴上+9WX9:-。这种定位是由蛋白磷酸激酶/（JD?H=A!Y=A(LH!/，PN/）介导的JHD=’=J=A以及BB!#!$%&’()*+&!$+&,&!-./0123$,/425678492:;:生物物理学报2:;:年第23卷第2期主编特约·综述$$&=?@7A9B7?7C!#的磷酸化来调控的。$%&’是在脂肪细胞中发现的()*+。研究表明它也存在于其它组织中，而且定位于脂滴表面(,+。虽然通过磷酸化蛋白质组学研究，已发现$%&’是一个磷酸化蛋白(--+，但其调控$%&#活性的分子机理至今仍不清楚。#.//0等人()-+的研究工作发现定位于脂滴上的一种蛋白———1&2345(,+可以激活$%&’的酶活性。1&6345是!73水解酶折叠（#7$389:;=./0?=:0@A9B）家族蛋白的一员。将1&2C45缺失，能够引起遗传性的中性脂贮存紊乱，原因在于大量的甘油三酯累积在细胞中())+。表明脂滴上的1&2C45极有可能参与甘油三酯的降解。24D99脂滴参与胆固醇代谢酵母脂滴的蛋白质组学研究表明，脂滴上存在麦角固醇（;D/E;=）合成过程中所需要的羊毛固醇合酶（=.@/E;=0/9@E8./），如F;D,和F;DG(*H+。I@CJK0LM8等人()4+用&NO7PNO双荧光蛋白将F;D,定位在脂滴上。由蛋白组学分析的结果可以看出，该酶在许多哺乳动物细胞的脂滴中都有分布，表明脂滴可能是合成羊毛固醇的场所。在酵母中，该酶几乎只存在于脂滴(),+。有意思的现象是，只有几种胆固醇合成酶定位于脂滴上，而且从胆固醇合成的途径上看，它们是不连续的。同样，脂滴有可能参与胆固醇类的分解代谢。例如，巨噬细胞以及乳腺上皮细胞中的脂滴富含胆固醇酯，其脂滴中往往含有胆固醇酯酶（Q8=/E;=R/E;./）(**S)G+。24E99脂滴参与花生四烯酸代谢花生四烯酸!.;.Q8K:@KQ0.QK:，$$是一种重要的多不饱和脂肪酸，是前列腺素类物质以及白三烯!=MTE;K@类物质的前体。研究表明，白细胞脂滴上含有$$的胞浆磷脂酶$*0UQ9E/=K