上海有機所交叉中心系統(tǒng)性解析哺乳動物脂肪酸的組織特異性合成與跨組織轉(zhuǎn)運
哺乳動物體內(nèi)的游離脂肪酸種類豐富，既是重要的能量來源，也是脂質(zhì)合成的前體和關(guān)鍵信號分子，在維持機體代謝穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要作用。脂肪酸的合成與在不同組織間的分配過程受到精密調(diào)控，其失衡可能破壞脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)，誘發(fā)非酒精性脂肪肝、肥胖和胰島素抵抗等代謝相關(guān)疾病。然而，目前對于哺乳動物體內(nèi)脂肪酸的組織特異性合成以及其在組織間的轉(zhuǎn)運交流仍缺乏系統(tǒng)性認識。
近日，中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心朱正江研究員團隊在Advanced Science期刊發(fā)表題為“Unraveling tissue-specific fatty acid biosynthesis and inter-tissue crosstalk in mice through stable-isotope tracing metabolomics”的研究論文（Advanced?Science,?2025, e03662）。該工作利用穩(wěn)定同位素示蹤代謝組學(xué)技術(shù)，系統(tǒng)性地揭示了小鼠體內(nèi)脂肪酸的組織特異性生物合成模式及其在各組織間的代謝交流。
研究團隊使用了一種非侵入性體內(nèi)穩(wěn)定同位素示蹤代謝組學(xué)方法，通過在膳食中添加[U-13C]-葡萄糖，結(jié)合課題組自主研發(fā)的MetTracer代謝組學(xué)技術(shù)，全面描繪了13種游離脂肪酸在15種組織中的合成與分布。研究首先闡明了新生脂肪酸在不同組織中的累積差異，并結(jié)合通量分析量化了脂肪酸的組織特異性合成速率，描繪出膳食攝入后脂肪酸在多個組織中的合成時空圖譜。結(jié)果顯示，進食狀態(tài)下脂肪組織通過快速合成脂肪酸緩沖膳食葡萄糖，而其他組織中脂肪酸的積累相對緩慢。進一步分析不同組織的脂肪酸組成特征發(fā)現(xiàn)，棕櫚油酸是外周組織主要合成的脂肪酸，而相比之下，大腦則更傾向于合成多不飽和脂肪酸（PUFAs）及棕櫚酸。此外，不同腦區(qū)之間表現(xiàn)出顯著的脂肪酸代謝異質(zhì)性：中腦、小腦和嗅球的合成速率高于海馬體、皮質(zhì)和腦橋，反映了腦區(qū)間在脂肪酸合成與利用方面的功能差異（圖1）。
圖1. 穩(wěn)定同位素示蹤代謝組學(xué)技術(shù)揭示脂肪酸合成代謝組織間異質(zhì)性
進一步分析發(fā)現(xiàn)，循環(huán)系統(tǒng)中新合成的四種主要脂肪酸（棕櫚酸、硬脂酸、棕櫚油酸和油酸）主要來源于肝臟，提示禁食-恢復(fù)進食狀態(tài)下血清游離脂肪酸的供應(yīng)重心從脂肪組織轉(zhuǎn)向肝臟。與此同時，研究還觀察到不同類型脂肪酸在組織與循環(huán)系統(tǒng)之間的代謝串擾模式存在明顯差異，多不飽和脂肪酸（PUFAs）在組織與循環(huán)系統(tǒng)之間展現(xiàn)出更為密切的代謝交流，而長鏈單不飽和脂肪酸（MUFAs）則相對較弱。研究通過同素體分布解卷積分析進一步定量了肝源性脂肪酸在其他組織中的貢獻，發(fā)現(xiàn)肺和心臟等組織中超過一半的新生棕櫚酸和硬脂酸源自肝臟，而棕色脂肪組織和小腸中的脂肪酸主要為自身合成（圖2）。此外，該工作還探究了衰老對脂肪酸合成能力的影響。隨著年齡的增長，外周組織中脂肪酸的合成能力顯著下降，尤其是對MUFAs和棕櫚酸的合成能力受損最為明顯。相比之下，腦組織的合成能力在衰老過程中保持相對穩(wěn)定，受到的影響較小，提示不同組織在應(yīng)對衰老過程中存在差異化的代謝適應(yīng)能力。
圖2. 定量分析肝臟與其他組織的脂肪酸代謝交流
綜上，該研究構(gòu)建了一套系統(tǒng)的脂肪酸代謝示蹤分析方法，首次在模式動物小鼠全身層面定量解析了脂肪酸的組織特異性合成與跨組織轉(zhuǎn)運，為理解膳食碳源利用、脂肪酸合成及代謝穩(wěn)態(tài)調(diào)控提供了新的視角和重要數(shù)據(jù)支撐。
中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心博士研究生邢倍滋為論文第一作者，朱正江研究員為論文的通訊作者。中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心為第一單位。該工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院、上海市科委等的資助。
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