项目文章Adv Sci（IF 15.1）| 复旦大学利用多组学助力解密IFI27调节线粒体代谢和适应性产热新机制

野生型小鼠（WT），脂肪组织中特异性敲除Ifi27的小鼠（AKO），棕色脂肪细胞，线粒体

作者团队前期通过RNA-seq技术鉴定到Ifi27 （interferon alpha inducible protein 27）相对富集表达于小鼠BAT中，IFI27属于干扰素诱导蛋白12家族成员，前人的研究集中于该家族成员在病毒免疫过程中的作用，而其在脂肪组织中的作用尚无报道。既往研究初步确定IFI27定位于棕色脂肪细胞的线粒体中，同时发现敲低Ifi27的棕色脂肪细胞线粒体功能基因表达水平下降。在本研究中首先通过蛋白免疫印迹实验发现冷暴露和β3肾上腺素受体激动剂CL316,243的处理可以增加小鼠BAT中IFI27蛋白水平，另外通过IFI27-APEX2催化的还原反应实验，结合透射电镜，确定IFI27蛋白主要定位于线粒体基质中。

为了确认IFI27在体内BAT的功能，该研究采用Cre-LoxP系统构建了在脂肪组织中特异性敲除Ifi27的小鼠（AKO）。环境温度下使用间接量热法测量了 WT 和 AKO 小鼠的代谢参数和能量消耗，相比野生型小鼠（WT），AKO小鼠表现出全身能量消耗降低的表型。利用透射电子显微镜 (TEM)观测显示AKO小鼠BAT中线粒体肿胀、嵴大量缺失和氧耗能力下降。冷刺激AKO小鼠表现出直肠温度降低，冷不耐受表型。AKO小鼠 iWAT 褐变减少，UCP1 水平降低，参与钙和肌酸循环的基因表达受扰。

线粒体是能量代谢中心，IFI27作为线粒体基质蛋白可能参与到多种线粒体代谢途径。为了确认 AKO小鼠的 BAT中是否存在代谢扰动，作者采用靶向代谢组学分析急性冷刺激下小鼠能量产生有关的内源代谢物类群。发现AKO小鼠BAT中琥珀酸出现异常累积，同时琥珀酸脱氢酶（succinate dehydrogenase，SDH）水平以及酶活性显著降低，这提示IFI27的缺失抑制了SDH的功能。SDH是由SDHA、SDHB、SDHC、SDHD 4个亚基组成的异源四聚体，并作为电子传递链（electron transport chain，ETC）复合体Ⅱ参与线粒体内的生物氧化。进一步检测呼吸链复合物代表性亚基的水平时，发现 SDHB 表达水平降低。

研究者通过免疫共沉淀-蛋白质谱（CoIP-MS）、Pull down以及蛋白稳定性实验，证实了IFI27可以特异地结合SDHB（succinate dehydrogenase complex iron sulfur subunit B）并促进SDHB与其分子伴侣TRAP1（TNF receptor associated protein 1）的连接，从而参与调节SDHB在线粒体基质内的稳定性。尤其是在产热激活伴随着线粒体氧化应激的环境下，IFI27在保护SDHB免受氧化损伤引发的降解过程中扮演了重要角色。

为了充分了解AKO小鼠冷不耐受的机制，作者对棕色脂肪细胞进行了免疫沉淀结合质谱 (IP-MS) 分析。免疫共沉淀-蛋白质谱结果还显示线粒体基质蛋白HADHA（Hydroxyacyl-CoA dehydrogenase subunit α）亦可与IFI27相互作用。HADHA作为三功能酶复合体亚基催化了发生于线粒体基质的脂肪酸β-氧化中的水合与脱氢反应。体外酶活性测定证实了IFI27的缺失虽不影响HADHA蛋白水平，但降低其酶活性，进而致使游离脂肪酸含量减少，并且线粒体耗氧率受损，证实AKO小鼠的脂质动员和利用能力受损。

研究者进一步利用脂质组学分析室温下AKO小鼠BAT中甘油三酯和甘油磷脂种类的组成。结果表明IFI27的缺乏会干扰TG和磷脂代谢，进而导致脂肪酸氧化功能受损，这成为AKO小鼠出现产热缺陷和氧耗降低表型的另一分子机制。