摘要

棕色脂肪組織（BAT）通過非顫抖性產(chǎn)熱來控制哺乳動物的核心體溫。棕色脂肪組織含有特別豐富的線粒體，它具有通過非耦合呼吸產(chǎn)生熱量的特殊性。由于BAT的線粒體活動會隨著環(huán)境溫度的變化而出現(xiàn)激活和失活的循環(huán)，一個綜合的線粒體質(zhì)量控制（MQC）系統(tǒng)對于確保BAT的生理功能具有根本的重要性。在此，我們概述了傳統(tǒng)和替代機制，通過這些機制，生熱脂肪細胞選擇性地清除線粒體的受損部分，以及巨噬細胞如何通過清除細胞外線粒體廢物參與MQC系統(tǒng)，以維持BAT的生熱功能。

生熱脂肪組織和代謝健康

由嚙齒動物和人類組成的哺乳動物系統(tǒng)已經(jīng)進化出多種機制來產(chǎn)生熱量和維持核心體溫。目前的研究發(fā)現(xiàn)存在兩種具有不同發(fā)育和解剖特征的生熱脂肪細胞：經(jīng)典的棕色和米色脂肪細胞。雖然這兩種類型的脂肪細胞的起源不同，但都表達一種特殊的蛋白質(zhì)，稱為解偶聯(lián)蛋白1（UCP1），它可以耗散電子傳遞鏈產(chǎn)生的質(zhì)子梯度，導(dǎo)致解偶聯(lián)呼吸和產(chǎn)熱。棕色脂肪（BAT）細胞比米色脂肪細胞含有更高的線粒體密度和UCP1水平，從而導(dǎo)致其更有效的產(chǎn)熱能力。在嚙齒動物和人類新生兒中，棕色脂肪細胞主要分布在肩胛間的BAT中，通過非顫抖性產(chǎn)熱對低溫的急性防御尤為重要。成年人類的BAT較少，數(shù)量也不固定，位于頸部、鎖骨上和腋下。米色脂肪細胞主要位于皮下白色脂肪組織（SAT）（米色脂肪），其數(shù)量和UCP1的表達在寒冷暴露、運動或飲食等刺激下增加，有助于能量消耗。這一過程通常被稱為白色脂肪組織（WAT）的 "棕色化 "或 "米色化"。人類BAT中存在著UCP1水平較高和較低的脂肪細胞，這種沉積物是 "經(jīng)典 "BAT還是米色脂肪仍有待闡明。

產(chǎn)熱是一個高能量需求的過程，這會導(dǎo)致脂肪細胞線粒體暴露于代謝壓力和氧化損傷中。生熱過程中線粒體的強烈活動使這些細胞器在代謝靈活性和結(jié)構(gòu)動態(tài)方面具有高度可塑性。因此，MQC系統(tǒng)對于保持線粒體的完整性和生熱能力特別是在BAT中尤為重要。脂肪庫的生熱功能已經(jīng)引起了科研界極大的興趣，因為它們能夠消耗機體積累的多余的能量，對全身代謝產(chǎn)生有利影響。在2型糖尿病（T2D）和肥胖癥的情況下，熱能活躍的BAT會減少，這表明BAT活性的喪失與人類的系統(tǒng)代謝鈍化之間存在緊密的關(guān)系。了解在生熱脂肪細胞中確保線粒體質(zhì)量的機制，可以為理解導(dǎo)致BAT產(chǎn)熱活性受損的事件提供新的見解，從而可以有針對性地保持代謝健康。

在這篇綜述中，作者討論了棕色脂肪細胞的胞內(nèi)MQC機制，包括線粒體裂變/融合和mitophagy（線粒體自噬）。此外，作者還討論了最近發(fā)現(xiàn)的一個稱為細胞間線粒體轉(zhuǎn)移的過程，以及棕色脂肪細胞如何以獨特的方式利用這一過程，將受損的線粒體碎片以小的胞外囊泡（EVs）的形式輸出，以便由組織內(nèi)的巨噬細胞降解。

非顫抖性生熱過程中的MQC

線粒體裂變/融合

一項對成熟棕色脂肪細胞線粒體結(jié)構(gòu)的研究報告稱，生熱誘導(dǎo)后，線粒體分裂增加，增強了游離脂肪酸誘導(dǎo)的解耦作用和能量消耗（EE）。線粒體碎裂主要由dynamin-related protein-1（DRP1）驅(qū)動，這是一種細胞質(zhì)GTP酶，通常被招募到線粒體外膜，促進線粒體裂變或碎裂。在成熟的小鼠棕色脂肪細胞中，對DRP1活性的抑制限制了由β3-AR刺激引起的線粒體解耦呼吸，表明線粒體裂變有助于棕色脂肪細胞的生熱反應(yīng)。在米色脂肪細胞中，通過參與膽汁酸反應(yīng)性膜受體TGR5的生熱激活，通過ERK/DRP1途徑誘導(dǎo)線粒體裂變，這與SAT的棕色化和生熱活動的改善有關(guān)。在向米色表型分化的人類白色脂肪細胞中，DRP1介導(dǎo)線粒體裂變并改善非耦聯(lián)呼吸。

另外，線粒體融合對于線粒體的生熱活動也是必不可少的，這一點在小鼠中得到了證明，小鼠的線粒體融合蛋白mitofusin 2 (MFN2)的特異性缺失表現(xiàn)出寒冷誘導(dǎo)的生熱功能受損。同樣，選擇性地刪除小鼠線粒體內(nèi)膜融合GTP酶視神經(jīng)萎縮1（OPA1）會導(dǎo)致BAT的線粒體功能障礙和生熱功能喪失。OPA1有一個大的異構(gòu)體（L-OPA1），其通過蛋白水解成縮短的異構(gòu)體（S-OPA1），從而使平衡向線粒體分裂轉(zhuǎn)移。冷刺激促進了S-OPA1在BAT中的積累，這與線粒體分裂的增加相一致。OPA1在小鼠中過量表達有利于SAT的褐變，脂肪細胞特異性O(shè)PA1缺失會遏制前脂肪細胞的米色分化。重疊的活性M-AAA蛋白酶（OMA1）是一種位于線粒體內(nèi)膜的金屬蛋白酶，在OPA1的蛋白水解失活中起著重要作用。在小鼠中敲除OMA1會導(dǎo)致生熱反應(yīng)的改變。生熱障礙與這些小鼠的BAT中編碼線粒體融合蛋白MFN2和OPA1的基因以及線粒體裂變蛋白DRP1的表達明顯下降有關(guān)?？偟膩碚f，這些數(shù)據(jù)表明，調(diào)節(jié)線粒體動態(tài)的蛋白質(zhì)機制之間存在著精細的協(xié)調(diào)，裂變和融合對冷應(yīng)激條件下的生熱活動至關(guān)重要（圖1A）。

圖1. 棕色脂肪細胞中通過線粒體衍生的囊泡（MDVs）的線粒體質(zhì)量控制（MQC）系統(tǒng)。棕色脂肪組織含有豐富的線粒體，是通過解偶聯(lián)呼吸調(diào)節(jié)非顫抖性產(chǎn)熱的生物能量中心。(A）冷暴露激活了cAMP/蛋白激酶A（PKA）介導(dǎo)的信號級聯(lián)，通過使線粒體脫離脂滴和增加線粒體分裂來影響線粒體的動力學(xué)。同時，從脂滴中釋放的游離脂肪酸滿足了線粒體的生熱能力。隨之而來的線粒體活性氧（ROS）的大量產(chǎn)生導(dǎo)致線粒體組件的氧化損傷，這些組件必須通過精細協(xié)調(diào)的MQC系統(tǒng)有選擇地去除，以避免產(chǎn)熱無法進行。(B）PINK1/PARKIN介導(dǎo)的解偶聯(lián)蛋白1（UCP1）-/PDH+ MDVs的產(chǎn)生參與了對受損線粒體部分的選擇性清除。(C-F）MDVs遵循幾種途徑，包括溶酶體、過氧化物酶體和內(nèi)體（C）。MDVs可以由細胞外囊泡（EVs）或內(nèi)體/多囊體（MVBs）釋放（D）。PINK1/PARKIN系統(tǒng)也參與了通過線粒體到溶酶體清除受損線粒體的工作（E）。線粒體通過分泌性自噬途徑在細胞外釋放而被清除，這一過程被定義為線粒體的自噬性分泌（ASM）（F）。虛線表示棕色/米色脂肪細胞中MQC的還未被研究的過程。縮寫：AC, adenylate cyclase; Drp1, dynamin-related protein-1; NE, norepinephrine; OMA1, overlapping activity with M-AAA protease; sOPA1, shortened isoform of optic atrophy 1.

線粒體活性氧（mtROS）和線粒體自噬

在線粒體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)重組的同時，急性BAT的激活與強烈的分解代謝活動有關(guān)。UCP1依賴性呼吸也伴隨著生理性的mtROS產(chǎn)生，它甚至高于在骨骼肌中觀察到的mtROS并且其對產(chǎn)熱的激活和進行至關(guān)重要。無論是在細胞內(nèi)還是在體內(nèi)，mtROS水平的提高都與細胞內(nèi)硫醇氧化還原狀態(tài)的改變相一致。在小鼠BAT的急性生熱呼吸過程中，蛋白質(zhì)硫醇和谷胱甘肽池都被氧化。mtROS的產(chǎn)生和硫醇池向促氧化條件的轉(zhuǎn)變似乎對棕色脂肪細胞的生熱活動至關(guān)重要。為了支持這一觀點，抑制γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶（谷胱甘肽生物合成的限速酶）會增強棕色脂肪細胞的生熱能力，而抗氧化劑分子N-乙酰半胱氨酸會逆轉(zhuǎn)這一現(xiàn)象。同樣，線粒體靶向抗氧化劑MitoQ可以防止小鼠mtROS的升高，并導(dǎo)致小鼠在低溫暴露下體溫過低。在小鼠BAT中，脂肪細胞特異性敲除（KO）錳超氧化物歧化酶（SOD2KO）增加了線粒體質(zhì)量，增強了生熱潛力。為了應(yīng)對生熱過程中這種關(guān)鍵的促氧化劑挑戰(zhàn)，并將ROS濃度維持在生理水平，BAT會上調(diào)其抗氧化防御系統(tǒng)酶活性，這代表了避免脂質(zhì)過氧化損傷的一種嘗試。然而，線粒體成分的氧化還原敏感部位在產(chǎn)熱過程中會不可避免地受到損害，這些部位需要被選擇性地清除以保持產(chǎn)熱效率。

溶酶體是線粒體清除的主要場所，這個過程被稱為 "線粒體自噬"，它通過大自噬作用清除受損的線粒體。在小鼠中點燃產(chǎn)熱的刺激物（如寒冷、甲狀腺激素（T3））與BAT中通過線粒體自噬清除線粒體的增加有關(guān)。體內(nèi)比較分析報告表明，小鼠BAT的自噬通量比WAT高，在產(chǎn)熱過程中進一步增加。通過敲除小鼠BAT中的Atg3、Atg5、Atg16L1或Atg6蛋白來限制自噬通量，將導(dǎo)致與ROS介導(dǎo)的損傷、線粒體網(wǎng)絡(luò)紊亂和功能失調(diào)的線粒體積累有關(guān)的冷誘導(dǎo)產(chǎn)熱功能受損。

絲氨酸-蘇氨酸激酶PINK1激活E3泛素連接酶PRKN/Parkin，啟動受損線粒體的自噬清除。PINK1的激活代表了為清除氧化損傷成分的特異性反應(yīng)。一些作者利用小鼠模型表明，PINK1在急性生熱刺激后被誘導(dǎo)激活，這種情況伴隨著線粒體損傷的增加。這表明產(chǎn)熱刺激后PINK1通過招募PRKN到線粒體的受損部分來參與MQC，以促進其清除（圖1B）。與此相一致的是，棕色脂肪細胞中PINK1的特異性缺失導(dǎo)致產(chǎn)熱程序的失敗并獲得類似白色脂肪細胞的表型。

與此相反的結(jié)果表明，在冷暴露期間，BAT的線粒體自噬被抑制，以避免去除有產(chǎn)熱能力的線粒體。與此相一致的是，在去除產(chǎn)熱刺激后（deacclimatation），線粒體自噬被激活以清除多余的不再需要用于產(chǎn)熱的線粒體。通過消減Atg5/Atg12或Parkin依賴的線粒體自噬限制自噬通量，有利于維持棕色和米色脂肪細胞的生熱功能。通過小鼠脂肪組織特異性的Atg7缺失抑制線粒體自噬促進SAT和BAT向棕色脂肪細胞表型的分化。線粒體自噬發(fā)揮的這種相反的作用可能取決于產(chǎn)熱的不同階段和/或冷暴露的時間。在急性期，線粒體自噬是必要的，以迅速清除氧化的線粒體部分。在持續(xù)的寒冷挑戰(zhàn)中，當(dāng)抗氧化反應(yīng)被有效激活，線粒體的氧化損傷被緩沖時，線粒體自噬可能需要被抑制，以保持足夠的線粒體質(zhì)量用于產(chǎn)熱。

線粒體衍生的囊泡（MDVs）

BAT含有極其豐富的線粒體，必須應(yīng)對強烈的能量和氧化壓力，以及生熱過程中線粒體的大規(guī)模形態(tài)重塑。由于這個原因，可以想象，典型的線粒體自噬可能不足以維持線粒體的完整性，而其他MQC系統(tǒng)的激活會發(fā)生，以確保有效清除受損的線粒體成分。最近發(fā)現(xiàn)，MDVs的產(chǎn)生參與了棕色脂肪細胞線粒體穩(wěn)態(tài)的維持。MDVs是小囊泡，從線粒體上出芽，并選擇性地納入線粒體的受損部分（如線粒體外膜、基質(zhì)蛋白、DNA），可以被分揀到晚期內(nèi)體/溶酶體進行降解或分揀到過氧化物酶體的一個亞群。最近的研究結(jié)果表明，mtROS通過PINK1/Parkin介導(dǎo)的機制促進MDV生物生成。用線粒體損傷劑抗霉素A處理后的事件動力學(xué)分析顯示，MDVs在mtROS產(chǎn)生的早期階段產(chǎn)生，而線粒體去極化后發(fā)生線粒體自噬 。這表明MDVs的產(chǎn)生代表了MQC系統(tǒng)的第一步，并參與了對含有氧化蛋白或脂質(zhì)的線粒體去除受損部分的選擇性清除，以避免損傷向整個細胞器的傳播（圖1C）。這一過程不依賴于自噬，正如體外數(shù)據(jù)所證明的，在沒有自噬相關(guān)蛋白Atg5、Rab9或Beclin 1的情況下，MDV的依然可以生成。在棕色脂肪細胞的產(chǎn)熱過程中，不受控制地清除整個線粒體可能是有害的。誘導(dǎo)線粒體生物生成的分子信號事件被迅速激活，目的是在腎上腺素刺激后保持適當(dāng)?shù)木€粒體質(zhì)量；然而，與此同步的MDV生成也可能發(fā)生，以促進產(chǎn)熱，其方式是去除有產(chǎn)熱能力線粒體的受損部分，并保持起源線粒體（originating mitochondria）的產(chǎn)熱功能。

調(diào)節(jié)棕色脂肪細胞中MDV形成或線粒體融合/裂變的基本機制仍不清楚。似乎在棕色脂肪細胞中，MDV的生物生成是獨立于DRP1介導(dǎo)的線粒體分裂的生熱刺激。例如，抑制DRP1的活性并不能阻止MDV的形成和受損線粒體蛋白在MDV中的分選。MDVs對MQC支持或作為替代途徑維持棕色脂肪細胞的生熱潛力的貢獻也不甚了解。最近的研究表明，線粒體應(yīng)激因素，包括腎上腺素刺激，促進了攜帶氧化損傷的線粒體基質(zhì)蛋白的MDVs的生物生成。已有研究表明，將氧化的線粒體蛋白送到溶酶體的TOM20+和PDH+MDVs，通常在心肌細胞中產(chǎn)生，其數(shù)量在能量壓力下（即在含半乳糖的培養(yǎng)基中培養(yǎng)）會增加。同樣，成熟的棕色脂肪細胞在靜止狀態(tài)下通過PINK1介導(dǎo)的機制產(chǎn)生PDH+MDVs，而產(chǎn)熱誘導(dǎo)劑會增強這一事件。這些證據(jù)表明，在棕色脂肪細胞中，MDV的生物生成是抵御由強烈的產(chǎn)熱作用介導(dǎo)的代謝壓力引發(fā)的線粒體氧化損傷的第一道防線。

通過在小鼠脂肪細胞中過量表達鐵蛋白建立的線粒體中的促氧化條件，促進了PARKIN介導(dǎo)的MDV產(chǎn)生。通過N-乙酰半胱氨酸或SOD2的過量表達，增強抗氧化防御能力，可明顯減弱棕色脂肪細胞的MDV產(chǎn)生。有人認為，MDVs可能被運送到多囊體（MVBs），然后與溶酶體融合以被清除。在這種情況下，PINK1和PARKIN介導(dǎo)MDVs的形成，將受損的氧化線粒體貨物運送到內(nèi)體/MVBs進行溶酶體降解（圖1C）。清除MDVs的另一種方式是將其分揀到過氧化物酶體中，但這種機制在脂肪細胞生物學(xué)的背景下還沒有被研究。

重要的是，盡管在生熱過程中極易被氧化，但主要的線粒體生熱蛋白UCP1在MDVs中未被檢測到。相反，其他線粒體蛋白在氧化修飾后被納入MDVs（如PDHb）。因此，很可能氧化的蛋白質(zhì)被分類到MDVs中，對那些氧化導(dǎo)致失活的蛋白質(zhì)具有高度的針對性。根據(jù)這一想法，UCP1在關(guān)鍵半胱氨酸殘基上的氧化是促進其解耦功能的一個重要事件；因此，通過MDVs對UCP1的非特異性消除可能導(dǎo)致產(chǎn)熱失敗。

EVs

由于MQC系統(tǒng)中線粒體和溶酶體之間的密切關(guān)系，廣泛的線粒體壓力可能造成溶酶體自噬通道受阻，從而限制了自噬對線粒體受損部分的清除。MDVs的大量產(chǎn)生，如線粒體上強烈的代謝壓力所引發(fā)的，可以迫使MDVs通過EVs釋放（圖1D）?？紤]到MDVs和某些EVs的大小，最初認為MDVs是直接通過質(zhì)膜出泡（外體樣囊泡）釋放的。然而，人類間充質(zhì)干細胞（MSCs）的活細胞成像顯示，線粒體內(nèi)容物首先被納入LC3陽性自噬小體（mitophagosomes），然后以EVs的形式釋放到細胞外（圖1E，F(xiàn)）。相應(yīng)地，當(dāng)線粒體受到抗霉素A誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激時，受損成分會以MDV的形式穿梭到內(nèi)溶酶體系統(tǒng)中。在自噬缺陷的細胞（ATG7 KO）中，MDV生物生成將嚴重受損的線粒體通過晚期內(nèi)體引導(dǎo)至溶酶體來補償線粒體自噬的缺陷。與通過EVs排出線粒體內(nèi)容物作為自噬的替代物以保證線粒體質(zhì)量相一致的是，氯喹（CQ）對溶酶體清除的抑制會誘發(fā)棕色和米色脂肪細胞中氧化損傷的線粒體蛋白的大量胞外釋放。這些數(shù)據(jù)表明，EVs中的線粒體蛋白是來自內(nèi)體的，很可能是通過MDV到EV的途徑被排出。盡管一些作者觀察到成熟的脂肪細胞通過EVs排出氧化脂質(zhì)和線粒體部分，但其釋放的機制及目的仍需要更深入地解析。

如前文所述，棕色脂肪細胞具有極其豐富的代謝活躍的線粒體的特異性，這些線粒體動態(tài)地調(diào)整其代謝和形態(tài)以滿足產(chǎn)熱期間的生物能量需求。在嚙齒動物模型和人類中，BAT有助于EE，并從循環(huán)中攝取葡萄糖和脂質(zhì)。對嚙齒類動物和人類的研究表明，BAT有助于食物攝入后EE的短暫上升，即所謂的飲食誘導(dǎo)產(chǎn)熱（DIT），這常常被認為是對肥胖的一種生理保護。最近，通過正電子發(fā)射斷層掃描（PET）/計算機斷層掃描（CT）成像，顯示富含碳水化合物的膳食激活了人類的BAT產(chǎn)熱，其程度與冷刺激相同。葡萄糖和脂蛋白脂肪酶衍生的脂肪酸在餐后狀態(tài)下優(yōu)先被BAT吸收和氧化，證實了該組織通過分解循環(huán)營養(yǎng)物質(zhì)維持代謝靈活性的強大能力。持續(xù)和慢性營養(yǎng)過剩被認為是肥胖和T2D的致病因素。盡管這種過載最初可能導(dǎo)致線粒體脂肪酸氧化和ROS產(chǎn)生的短暫增加，但如果持續(xù)下去，可能會對BAT線粒體造成廣泛的代謝壓力，導(dǎo)致其耗竭和損傷。同時，由于高水平的營養(yǎng)物質(zhì)和生長因子可以影響溶酶體的活性和 mitophagy 機制，因此通過EVs（圖2）進行細胞外排以清除代謝壓力下棕色脂肪細胞的受損成分（如線粒體的氧化部分和脂質(zhì)）被認為是一種替代途徑。與此假設(shè)一致的是，自噬基因（Atg3或Atg16L1）缺失的成熟脂肪細胞會積累功能失調(diào)的線粒體，并增加脂質(zhì)過氧化物的胞外釋放。在溶酶體清除有缺陷的脂肪細胞中也觀察到類似的結(jié)果，這些脂肪細胞增加了EVs對氧化損傷的線粒體和脂質(zhì)的釋放。

圖2. 棕色脂肪組織（BAT）在高代謝壓力下線粒體質(zhì)量控制（MCQ）失效的假設(shè)機制。BAT通過線粒體活動分解營養(yǎng)物質(zhì)（葡萄糖和脂質(zhì)），進化出了極大的代謝靈活性。然而，持續(xù)的營養(yǎng)過剩和生長激素（如肥胖、2型糖尿病）產(chǎn)生了高代謝壓力，促進了線粒體和脂滴受損成分的不可控產(chǎn)生。這種代謝環(huán)境可能限制了棕色脂肪細胞的溶酶體清除能力，它通過迫使線粒體和脂質(zhì)廢物排出細胞外來解決這一挑戰(zhàn)。通常致力于捕獲和降解這種廢物的棕色脂肪細胞周圍的BAT巨噬細胞，可能變得無法執(zhí)行這一功能（溶酶體活動受阻），導(dǎo)致MQC和產(chǎn)熱的失敗?？s寫： VLDL，極低密度脂蛋白；GLUT4，4型葡萄糖轉(zhuǎn)運體。

巨噬細胞作為BAT活動的守護者

單核細胞/巨噬細胞清除細胞外線粒體垃圾，以確保BAT產(chǎn)熱

棕色脂肪細胞生理性地釋放EVs，促進多種生物反應(yīng)。由于骨髓細胞（如樹突狀細胞、巨噬細胞）具有很強的吞噬能力，它們可以吸收EVs并在受應(yīng)激的棕色脂肪細胞物理隔離的環(huán)境中降解它們。據(jù)報道，巨噬細胞還能有效地清除細胞外的線粒體，維持細胞和組織的平衡。通過使用脂肪細胞特異性線粒體報告小鼠（MitoFat），已經(jīng)證明常駐WAT的巨噬細胞從鄰近的脂肪細胞獲得線粒體。這一過程部分是由受體巨噬細胞表面的硫酸肝素（HS）分子介導(dǎo)的。之后產(chǎn)熱刺激被證明能使棕色脂肪細胞通過EVs釋放部分線粒體，而且BAT駐扎的巨噬細胞（bMACs）已被證明能通過CD36受體主動攝取這些EVs。小鼠體內(nèi)巨噬細胞的耗竭導(dǎo)致BAT和腹股溝脂肪組織的生熱失敗，共培養(yǎng)實驗證明，巨噬細胞的存在促進棕色脂肪細胞中UCP1的表達。此外，巨噬細胞上的HS缺失與線粒體向巨噬細胞的轉(zhuǎn)移受損和對體重增加的易感性有關(guān)，但不影響小鼠的BAT質(zhì)量。高脂飲食（HFD）引起的肥胖也導(dǎo)致內(nèi)臟WAT中白色脂肪細胞向巨噬細胞的線粒體轉(zhuǎn)移受損，但棕色脂肪細胞向bMACs的線粒體轉(zhuǎn)移增加。因此，這些研究表明，巨噬細胞對細胞外線粒體物質(zhì)的清除對脂肪細胞的生熱活動至關(guān)重要，而且可能存在線粒體從脂肪細胞轉(zhuǎn)移到巨噬細胞的組織特異性機制，對WAT和BAT的功能有不同的影響。

這一假設(shè)得到了數(shù)據(jù)的支持，數(shù)據(jù)顯示當(dāng)bMAC相關(guān)的吞噬作用有缺陷時，脂肪細胞來源的EVs在細胞外環(huán)境中積累，如果被初始或分化的脂肪細胞捕獲，這種EVs會對UCP1的表達以及脂肪的形成產(chǎn)生負面影響。這與單核細胞/巨噬細胞的吞噬活動在BAT擴張甚至再生中的作用一致（圖3A）。為了支持這一點，使用BAT擴增的遺傳模型（脂肪細胞選擇性Atgl缺乏的小鼠模型AdipoΔ/Δ）的命運圖譜實驗顯示，BAT特異性和來自單核細胞的巨噬細胞的持續(xù)補充是有效的，對BAT的擴增至關(guān)重要。通過耗盡CCR2+細胞阻斷單核細胞的招募，增加了冠狀結(jié)構(gòu)的數(shù)量，這可能是由于AdipoΔ/Δ小鼠中死亡或死亡的脂肪細胞的積累。除了線粒體部分，從脂肪細胞中釋放的EVs將脂肪酸輸出到細胞外。最近的研究報道了脂肪細胞釋放脂質(zhì)的次要途徑的發(fā)生，這與充滿脂質(zhì)的EVs的釋放有關(guān)，這些EVs成為脂肪組織巨噬細胞的脂質(zhì)來源。通過單細胞RNA-seq，在小鼠和人類的肥胖模型中，已經(jīng)證明了脂肪組織駐留的巨噬細胞的令人印象深刻的動態(tài)。具體來說，巨噬細胞形成了一種特殊的轉(zhuǎn)錄特征，其特點是與脂質(zhì)代謝和吞噬作用有關(guān)的基因（即Trem2、Lipa、Lpl、Ctsb、Ctsl、Fabp4、Fabp5和Cd36）的高表達。小鼠的巨噬細胞脂質(zhì)受體TREM2的基因缺失會誘發(fā)脂肪細胞肥大以及系統(tǒng)性高膽固醇血癥、身體脂肪堆積和胰島素抵抗。這一特征可能表明，在成熟脂肪細胞釋放EV后，如在肥胖或冷暴露條件下，單核細胞/巨噬細胞通過過度表達與吞噬和脂質(zhì)代謝有關(guān)的基因來清除充滿脂質(zhì)的EV，從而參與脂肪組織的平衡狀態(tài)。這與駐扎在擴張的單核細胞/巨噬細胞以及熱應(yīng)激的BAT中觀察到的受體CD36的表達水平增加是一致的。

圖3. 單核細胞/巨噬細胞參與棕色脂肪組織（BAT）的線粒體質(zhì)控系統(tǒng)。(A）線粒體活性氧（ROS）激活了急性冷暴露后的生熱程序。線粒體ROS促進線粒體衍生囊泡（MDV）的產(chǎn)生和線粒體受損部分的胞外釋放。在冷應(yīng)激的急性階段，棕色脂肪細胞的細胞外廢物作為CD11b+/淋巴細胞抗原6C（Ly6c）高的單核細胞的螯合劑，促進炎癥環(huán)境的形成。(B）持續(xù)的冷暴露可以引起抗氧化反應(yīng)，限制MDV的產(chǎn)生，并通過M1-向M2型巨噬細胞的轉(zhuǎn)化來解決炎癥。在這種情況下，吞噬細胞可以釋放循環(huán)因子，促進線粒體生物生成和棕色脂肪細胞增殖/分化。(B）骨髓細胞參與慢性冷暴露后脂肪組織重塑的假設(shè)機制?？s寫： EV，細胞外囊泡；UCP1，解偶聯(lián)蛋白1。

一些作者報道，小鼠的冷暴露使BAT中的巨噬細胞向交替激活的炎癥表型（即M2樣巨噬細胞）傾斜。向M2樣表型的轉(zhuǎn)換通常與BAT的有效產(chǎn)熱有關(guān)，并促進棕色脂肪細胞的新生；然而，這一現(xiàn)象的機制仍未完全理解。Cerejo和同事提出，棕色脂肪細胞釋放的C-X-C圖案趨化因子配體-14（CXCL14）介導(dǎo)了小鼠BAT中交替激活的M2樣巨噬細胞的招募。在小鼠SAT中也觀察到冷暴露時M2樣巨噬細胞的招募，這是由米色脂肪細胞分泌的脂肪素所介導(dǎo)的，突出了這些巨噬細胞在SAT中的致熱作用。

一些作者提出，M2類巨噬細胞積極參與調(diào)解產(chǎn)熱，因為它們有能力通過其酪氨酸羥化酶（TH）活性產(chǎn)生去甲腎上腺素。然而，這是一個非常有爭議和爭論的問題，因為M2類巨噬細胞似乎沒有表達足夠的TH以在局部產(chǎn)生去甲腎上腺素，因此對這種免疫細胞群直接參與產(chǎn)熱誘導(dǎo)提出質(zhì)疑。相反，BAT中的一些交感神經(jīng)元相關(guān)巨噬細胞（SAMs）表達了導(dǎo)入和降解兒茶酚胺的酶機制，從而降低了BAT中的腎上腺素張力。M2極化可以在吞噬凋亡細胞后觀察到，這個過程被稱為胞葬作用（efferocytosis），它可以保護組織炎癥并確保平衡?？梢酝茰y，線粒體和充滿脂質(zhì)的EVs的吞噬可能通過維持BAT產(chǎn)熱的類似胞葬作用的反應(yīng)促進M2型巨噬細胞極化。當(dāng)巨噬細胞對EVs的清除發(fā)生缺陷時（如EV內(nèi)化、溶酶體活動的改變），會隨之誘發(fā)BAT功能的喪失。

單核細胞/巨噬細胞在BAT發(fā)育和再生中的動態(tài)變化

BAT是一種可塑性組織，在各種刺激下，特別是溫度變化時，其質(zhì)量和細胞組成會發(fā)生深刻的重塑。有研究表明，在寒冷的環(huán)境下，小鼠BAT中Ucp1+細胞的招募是由現(xiàn)有的脂肪細胞驅(qū)動的。相反，Ucp1+細胞消減后，BAT的再生是由前體細胞的新分化驅(qū)動的。組織駐留的間質(zhì)細胞和免疫細胞已被廣泛證明能協(xié)調(diào)組織的再生和擴張。盡管已知在BAT中，免疫和非免疫細胞之間的串?dāng)_對維持器官功能和系統(tǒng)代謝平衡至關(guān)重要，但免疫細胞是否在BAT的擴增和/或再生中起作用仍然未知。

新陳代謝受壓的骨骼肌和心臟(如肌肉損傷、缺血再灌注)的單細胞動態(tài)的時間依賴性分析顯示，巨噬細胞最初發(fā)起炎癥反應(yīng)，同時對肌肉和間充質(zhì)干細胞發(fā)揮營養(yǎng)作用，而在恢復(fù)階段，巨噬細胞轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡谞顟B(tài)，促進干細胞分化、血管生成和基質(zhì)重塑。吞噬作用通過重塑巨噬細胞的炎癥狀態(tài)以及清除受損細胞來緩解炎癥，使組織恢復(fù)到平衡狀態(tài)。以心臟和骨骼肌的再生程序為模型，可以設(shè)想，突然暴露在低溫下可能引發(fā)炎癥反應(yīng)，包括在BAT中招募免疫細胞。此外，巨噬細胞可能參與清除從代謝受壓的棕色脂肪細胞中排出的細胞廢物，從而有利于從細胞前體再生（圖3B）。

這一假設(shè)得到了小鼠中證據(jù)支持，即在肥胖癥的遺傳模型中，BAT巨噬細胞庫需要單核細胞的不斷補充以支持BAT的擴張。值得注意的是，在寒冷的環(huán)境中，小鼠和人類的血液單核細胞數(shù)量都在增加，反映了BAT的質(zhì)量和活動。根據(jù)細胞表面標志物淋巴細胞抗原6C（Ly6C）的表達，已經(jīng)描述了血液單核細胞的兩個主要亞群。小鼠單核細胞一般被歸類為Ly6Chi炎癥性單核細胞，它們遷移到炎癥部位，隨后轉(zhuǎn)變?yōu)長y6Clo巡邏單核細胞（patrolling monocytes），它們通過清理碎片和促進組織再生來啟動炎癥的解決。與單核細胞在BAT重塑和可塑性中的作用相一致，在急性冷暴露時，CD45+/CD11b+/Ly6Chi炎癥單核細胞迅速轉(zhuǎn)變成CD45+/CD11b+/Ly6Clo細胞，最終分化為有利于解決的M2巨噬細胞。因此，BAT的這些免疫細胞動態(tài)可能發(fā)生在冷應(yīng)激的初始階段。由于炎癥階段的鈍化可能不利于肌肉再生，我們建議重新評估BAT中單核細胞/巨噬細胞的作用?？梢栽O(shè)想，它們不是對抗炎癥，而是通過清除死亡的棕色脂肪細胞和碎片（如含線粒體的EVs，充滿脂質(zhì)的EVs）來防止炎癥，從而使BAT發(fā)展或從細胞前體擴張。棕色脂肪細胞衍生的EVs抑制了前脂肪細胞的脂肪生成支持這一觀點。交感神經(jīng)系統(tǒng)的光遺傳學(xué)激活揭示了SAMs的存在，它是通過溶質(zhì)載體家族6成員2（SLC6A2）的表達清除去甲腎上腺素而控制BAT活性的細胞群。

結(jié)束語

在產(chǎn)熱過程中，脂肪細胞線粒體受到強烈的代謝壓力，mitophagy可能不足以消除受損的線粒體并維持高效的產(chǎn)熱。最近，有人證明了受損線粒體的細胞外途徑，涉及EVs的產(chǎn)生和巨噬細胞對其的清除。關(guān)于MQC對BAT生熱功能的重要性和調(diào)節(jié)，仍有許多懸而未決的問題（見懸而未決的問題）。BAT雖然只占整個脂肪組織的一小部分，但可以通過提高EE而對代謝產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。在肥胖和T2D等代謝性疾病中觀察到的BAT失活和退化是否取決于MQC的改變，還有待確定。巨噬細胞的免疫監(jiān)視缺陷或mitophagy或向細胞外環(huán)境釋放細胞碎片的系統(tǒng)受損，可能是導(dǎo)致代謝性疾病發(fā)病機制的新的致病因素。該課題研究的一個主要局限性是，嚙齒類動物脂肪組織的生理結(jié)構(gòu)與人類不同，小鼠模型可能不能夠很好地轉(zhuǎn)化為人類BAT/米脂的生理結(jié)構(gòu)。關(guān)于人類BAT是否與小鼠BAT或米色脂肪最相似，仍然是一個開放的問題。對來自肥胖和T2D小鼠模型和病人的人類初級脂肪細胞和免疫細胞的實驗將有助于解釋BAT生熱失敗是否是MQC改變的結(jié)果。PINK1/Parkin系統(tǒng)如何觸發(fā)不同的線粒體清除途徑（溶酶體、過氧化物酶體或EVs），MDVs中受損貨物的選擇過程的可能機制是什么，以及這種信號在肥胖和T2D期間是否發(fā)生改變，都有待澄清。未來對病理條件下BAT中MQC程序的研究可以提供有趣的線索，以找到新的治療策略來激活棕色和/或米色脂肪細胞或防止/延緩BAT退化。

懸而未決的問題

1、mitophagy、細胞外線粒體釋放和巨噬細胞介導(dǎo)的清除在BAT中協(xié)調(diào)的信號通路是什么？

2、引導(dǎo)受損線粒體走向不同命運的下游信號是什么？

3、MQC和巨噬細胞介導(dǎo)的對受損線粒體的清除對生熱米脂也至關(guān)重要嗎？

4、在肥胖和T2D條件下，導(dǎo)致BAT線粒體生熱障礙的機制是什么？

5、肥胖癥和T2D的生熱障礙是由于BAT中線粒體質(zhì)量體系的改變嗎？

6、肥胖癥和T2D中的mitophagy和/或細胞外線粒體釋放是否受到損害？

7、肥胖癥和T2D中巨噬細胞的極化或招募信號是否受到影響？

8、肥胖和T2D期間，巨噬細胞對EVs的吞噬活性受損或mitophagy功能失調(diào)是導(dǎo)致BAT炎癥和失活的原因嗎？

9、人類BAT中的MQC情況如何？