在肥胖症的发展过程中，鞘脂的积累对于葡萄糖和脂质代谢能力的退化具有一定的影响【1】。肥胖症的重要标志之一就是线粒体动态性以及功能发生损伤【2】。但是由于鞘脂在众多的生物过程中都发挥着重要的作用，完全抑制鞘脂/神经酰胺的合成对于研究它们的作用可能会带来潜在的副作用风险。以往研究表明即使是仅敲除鞘脂从头合成步骤中的限速酶都会引起小鼠在胚胎期的死亡【3】。九年前鉴定出的神经酰胺合成酶CerS1-6能够产生不等长度的酰基链，对于研究依赖鞘脂/神经酰胺的信号通路的调控作用提供了新的可能性【4】。然而，目前对CerSs如何特异性调控不同长度的鞘脂产生以及其在肥胖症中的功能还不甚清楚。2019年5月30日，德国Max Planck新陈代谢研究所Jens C. Brüning研究组在Cell发文，CerS6-Derived Sphingolipids Interact with Mff and Promote Mitochondrial Fragmentation in Obesity，对神经酰胺合成酶CerS6在肥胖症发生过程中的功能进行了深入解析，为肥胖症的治疗提供了新颖的作用靶点。
Brüning研究组在先前的研究中发现，神经酰胺合成酶中的CerS5和CerS6都能够产生C16:0神经酰胺【5】，该种神经酰胺能够抑制肝脏和褐色脂肪组织中的线粒体β-氧化反应。而CerS6缺陷型小鼠能够免于高脂食物引起的肥胖症和葡萄糖耐受【5】。为了进一步揭开CerSs与鞘脂产生的特异性以及CerS6缺陷型小鼠的表型的深层次的分子机制，作者首先对CerS5以及CerS6的缺陷型小鼠的表型进行分析，发现在高脂食物饲喂之后，CerS6缺陷型小鼠的体重不会发生异常增长，而CerS5缺陷型小鼠则如对照组的野生型小鼠一样发生肥胖症（图1）。
图1 CerS6缺陷型小鼠在高脂食物饲喂下不会引起肥胖症，而CerS5缺陷型小鼠则不然
考虑到CerS5和CerS6的敲除都会引起C16:0神经酰胺的明显降低，但只有CerS6的敲除会使得小鼠在高脂食物的饲喂下不引起肥胖症。因此，作者进一步探究是否是因为两种神经酰胺合成酶会引导C16:0神经酰胺在细胞中的不同位置产生，从而引起不同的表型。作者们发现是CerS6而非CerS5会特异性调控C16:0神经酰胺在线粒体以及线粒体相关的膜上积累。
那么作者们认为，CerS6敲除后表型可能是由于CerS6产生的C16:0神经酰胺被特异的脂质相互作用蛋白所调控。利用同位素标记 (Stable isotope labeling by amino acids in cell culture, SILAC) 和蛋白质组学筛选后，作者们找到了900多个的备选的相互作用蛋白（图2）。在这些有趣的备选基因之中，线粒体分裂因子MFF引起了作者们的关注。他们发现MFF能够与CerS6产生的鞘脂进行特异性地发生直接相互作用，而且MFF与CerS6而非CerS5对于体外脂肪酸诱导的线粒体碎片化具有重要的调控作用。进一步确认了MFF调节CerS6在肥胖症作用的特异性。
图2 通过SILAC为基础的蛋白质组学筛选得到C16:0神经酰胺的相互作用蛋白
为了进一步证明CerS6与MFF在小鼠体内的作用，作者们在CerS6条件敲除型小鼠中使用shRNA敲低Mff mRNA。在敲低Mff后，小鼠的葡萄糖代谢一定程度上有所提高。而且CerS6和Mff的敲低能够使小鼠免受肥胖症引起的葡萄糖代谢的异常，并且作者们发现CerS6可能是在Mff的上游发挥作用。小鼠体内过表达CerS6之后对线粒体的形态有严重的影响，而这种影响可以通过敲低Mff而被消除（图3）。因此，作者们最终确认CerS6与Mff相互作用，且Mff位于CerS6的下游。
图3 过表达CerS6所引发的肥胖症可以由Mff的敲低而被挽救
总的来说，Brüning研究组阐明了CerS6特异性调控肥胖症产生的分子机制，发现与CerS6产生的C16:0神经酰胺相互作用的Mff对于CerS6的调控作用，为肥胖症的治疗提供了可供参考的新思路。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2019.05.008
参考文献：
1. Holland, W. L. et al. Inhibition of ceramide synthesis ameliorates glucocorticoid-, saturated-fat-, and obesity-induced insulin resistance. Cell metabolism 5, 167-179, doi:10.1016/j.cmet.2007.01.002 (2007).
2. Sebastian, D., Palacin, M. & Zorzano, A. Mitochondrial Dynamics: Coupling Mitochondrial Fitness with Healthy Aging. Trends in molecular medicine 23, 201-215, doi:10.1016/j.molmed.2017.01.003 (2017).
3. Hojjati, M. R., Li, Z. & Jiang, X. C. Serine palmitoyl-CoA transferase (SPT) deficiency and sphingolipid levels in mice. Biochimica et biophysica acta 1737, 44-51, doi:10.1016/j.bbalip.2005.08.006 (2005).
4. Levy, M. & Futerman, A. H. Mammalian ceramide synthases. IUBMB life 62, 347-356, doi:10.1002/iub.319 (2010).
5. Turpin, S. M. et al. Obesity-induced CerS6-dependent C16:0 ceramide production promotes weight gain and glucose intolerance. Cell metabolism 20, 678-686, doi:10.1016/j.cmet.2014.08.002 (2014).
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