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哺乳動(dòng)物體內(nèi)的游離脂肪酸是重要的能量來(lái)源也是脂質(zhì)合成的前體和關(guān)鍵信號(hào)分子，在維持機(jī)體代謝穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。脂肪酸的合成與在不同組織間的分配過(guò)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，科研人員對(duì)哺乳動(dòng)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(yùn)交流缺乏系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)。

近日，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所研究員朱正江團(tuán)隊(duì)利用穩(wěn)定同位素示蹤代謝組學(xué)技術(shù)，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。

該團(tuán)隊(duì)使用非侵入性體內(nèi)穩(wěn)定同位素示蹤代謝組學(xué)方法，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)，描繪出13種游離脂肪酸在15種組織中的合成與分布。團(tuán)隊(duì)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(gè)組織中的合成時(shí)空?qǐng)D譜。結(jié)果顯示，進(jìn)食狀態(tài)下脂肪組織通過(guò)快速合成脂肪酸以緩沖膳食葡萄糖，而其他組織中脂肪酸的積累相對(duì)緩慢。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)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，但相比之下，大腦則更傾向于合成多不飽和脂肪酸及棕櫚酸。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，即中腦、小腦和嗅球的合成速率高于海馬體、皮質(zhì)和腦橋，提示腦區(qū)間在脂肪酸合成與利用方面存在功能差異。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，循環(huán)系統(tǒng)中新合成的棕櫚酸、硬脂酸、棕櫚油酸和油酸4種主要脂肪酸主要來(lái)源于肝臟，提示禁食-恢復(fù)進(jìn)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。同時(shí)，研究觀察到，不同類型脂肪酸在組織與循環(huán)系統(tǒng)之間的代謝串?dāng)_模式存在差異，多不飽和脂肪酸在組織與循環(huán)系統(tǒng)之間展現(xiàn)出更密切的代謝交流，而長(zhǎng)鏈單不飽和脂肪酸相對(duì)較弱。研究通過(guò)同素體分布解卷積分析，定量肝源性脂肪酸在其他組織的貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)肺和心臟等組織中超過(guò)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。同時(shí)，該研究還探究了衰老對(duì)脂肪酸合成能力的影響。隨著年齡增長(zhǎng)，外周組織中脂肪酸合成能力下降，尤其長(zhǎng)鏈單不飽和脂肪酸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(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定，受到的影響較小，提示不同組織在應(yīng)對(duì)衰老過(guò)程中存在差異化的代謝適應(yīng)能力。

上述研究構(gòu)建了一套系統(tǒng)的脂肪酸代謝示蹤分析方法，在模式動(dòng)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(yùn)，為理解膳食碳源利用、脂肪酸合成及代謝穩(wěn)態(tài)調(diào)控提供了新視角和數(shù)據(jù)支撐。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》（Advanced Science）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部、中國(guó)科學(xué)院等的支持。

論文鏈接

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