技术分享：RBM43负调控PGC1α的翻译以及PGC1α-STING信号轴
肥胖与系统性炎症相关，这种炎症会损害线粒体的功能。肥胖引起的全身性炎症特征是脂肪组织的免疫细胞增加，特别是促炎巨噬细胞和T细胞，它们可以通过释放细胞因子改变脂肪细胞的线粒体功能[1]。例如，肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素-1β（IL-1β）和干扰素（IFN）都与抑制线粒体功能以及产热相关[2, 3]。脂肪在化学能的转化和储存中发挥重要作用，会对所有疾病都产生影响[4]。人类和小鼠的肥胖都伴随着脂肪线粒体含量和氧化代谢的减少[5]。这促使人们研究线粒体对脂肪功能的作用，包括在脂质代谢、胰岛素信号传导和能量消耗中的贡献。与储存化学能的白色脂肪细胞相反，产热脂肪细胞含有大量线粒体，这些线粒体以极快的速度氧化燃料，从而驱动化学循环，将化学能转化为热量。产热脂肪是一种在刺激时由白色脂肪产生的独特细胞类型，包括棕色和米色脂肪细胞。它们的活性对于哺乳动物的体温防御至关重要，能带来代谢益处，包括增加能量消耗、改善葡萄糖和脂质稳态以及提高胰岛素敏感性。
过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（PGC1α）可调节棕色脂肪中产热基因的表达，是大多数组织中线粒体生物发生和氧化代谢的主要调节因子[6]。PGC1α协调线粒体生物发生和产热相关无效循环的基因表达。因此，PGC1α是脂肪氧化代谢的核心，其遗传缺陷会减少产热并导致胰岛素抵抗[7]。尽管β肾上腺素能信号传导可诱导其转录，但最近的研究强调Ppargc1a mRNA自身是一个重要的调节节点[8, 9]。例如，发现了一个上游开放阅读框（uORF）可调控Ppargc1a翻译，进而调控多个组织中的氧化代谢[10]。然而，是何种因子调控Ppargc1a翻译及下游的氧化代谢尚未可知。
2025年3月，Cell Metabolism期刊报道了一项研究，发现线粒体生物发生的关键调控因子PGC1α的mRNA翻译受到RNA结合蛋白RBM43的负调控。炎症信号诱导RBM43，抑制PGC1α翻译以限制脂肪细胞线粒体生物发生。选择性破坏小鼠脂肪细胞的Rbm43可提高PGC1α翻译和氧化代谢，改善肥胖诱导的葡萄糖耐受不良，减少脂肪炎症，并抑制脂肪细胞中先天免疫传感器cGAS-STING的激活。该研究定义了一种RBM43-PGC1α的翻译调节轴，将炎症信号与细胞能量代谢联系起来，为代谢性疾病的发病机制提供了新的研究方向[11]。
首先，研究者鉴定氧化代谢的转录后调控因子。分析公开数据库，寻找与脂肪细胞产热相关的RNA结合蛋白，获得25个候选基因。进而，在原代白色脂肪细胞中使用靶向单个候选基因的siRNA进行敲降实验，寻找对PGC1α 蛋白与mRNA的比率造成影响的基因，最终筛选到Rbm43。验证实验发现，靶向Rbm43的两个不同siRNA同样增加了PGC1α 蛋白与mRNA的比率（图一A和B）。然而，PGC1α蛋白的半衰期没有发生变化（图一C）。在含有Ppargc1a 5′ UTR序列的萤光素酶报告系统的HEK293细胞中，过表达RBM43降低了Ppargc1a 5′UTR-nanoLuc mRNA的翻译（图一D），而该序列不包括Ppargc1a 上游开放阅读框（uORF）的起始密码子，表明RBM43不是通过控制核糖体与uORF的结合起作用的。随后，在脂肪细胞中敲降Rbm43，诱导了参与脂肪酸氧化、产热和线粒体功能的基因表达增加，但对脂肪生成没有明显影响，脂肪生成转录调节因子的表达变化也很小（图一E和F）。这些变化与线粒体总呼吸和非耦合呼吸的增加有关，如耗氧量的增加（图一G）。以上数据表明，筛选到的RNA结合蛋白RBM43是Ppargc1a和脂肪细胞氧化代谢的负调节因子。
图一 敲降Rbm43可提高原代脂肪细胞的PGC1α蛋白和线粒体呼吸[11]
接着，研究RBM43在小鼠组织的表达谱式。在22°C饲养小鼠的所有检查组织中都检测到了Rbm43，其中白色脂肪组织（WAT）包括腹股沟WAT（iWAT）、内脏脂肪组织（VAT）和脾脏中的表达水平最高；而棕色脂肪组织（BAT）最低，相比白色脂肪低80%（图二A）。使用已发表的翻译核糖体亲和纯化（TRAP）数据评估脂肪细胞中Rbm43的表达情况，证实其选择性表达在白色脂肪，而不是产热脂肪（图二B）。将小鼠低温（4°C）饲养以诱导脂肪产热后，VAT、iWAT和BAT中Rbm43表达都显著降低（图二C和D）。由于肾上腺素能信号驱动产热，研究者评估其对Rbm43的影响。在肾上腺素能激动剂和其他增加cAMP的药物作用下，小鼠原代脂肪细胞的Rbm43表达都显著降低（图二E）。而在用IFN-α、IFN-γ、TNF-α或IL-1β处理小鼠原代脂肪细胞后，都显著增加了Rbm43的表达，其中IFN-α的诱导效果最大（图二F）。IFN反应不仅可以由IFN受体启动，还可以由先天免疫系统的传感器启动，如TLR、RIG-I和cGAS-STING[12]。用脂多糖（LPS，TLR4配体）、聚肌胞苷酸（poly-I:C，TLR3的配体、RNA受体RIG-I与MDA5的激活剂）处理原代脂肪细胞，都显著增加了Rbm43的表达；STING激活剂diABZI或cGAMP具有更大的作用，使Rbm43 mRNA增加了15倍（图二G）。同样地，在人脂肪细胞中也能重复上述实验（图二H-J）。以上结果表明，Rbm43受肾上腺素能信号的负调控，但受炎性细胞因子和先天免疫受体的正调控。
图二 Rbm43受肾上腺素能信号和炎性细胞因子的调控[11]
接下来，研究者探究受RBM43调控的全局基因表达及其对PGC1α的影响。使用表达Cre或GFP（对照）的腺病毒转导原代Ppargc1afl/fl脂肪细胞，同时敲降Rbm43。仅敲降Rbm43时，上调了693个基因的表达，其中氧化磷酸化、脂肪生成和脂肪酸代谢是三个代表性最高的基因集（图三A和B），并且71%的基因与PGC1α的活性升高相关，包含有PGC1α的直接和间接靶标（图三B-D）。仅敲降Rbm43时，下调了253个基因的表达，其中上皮间质转化（EMT）、未折叠蛋白反应和炎症反应是最三个代表性的基因集，仅有26%的基因与PGC1α相关（图三E和F）。以上结果表明，RBM43一方面通过抑制PGC1α来抑制氧化代谢相关基因，另一方面激活细胞应激和炎症相关基因，后者小部分同样依赖于PGC1α。
图三 RBM43通过PGC1α调控氧化代谢基因表达[11]
研究者进一步验证RBM43对PGC1α以及氧化代谢的影响。构建了脂肪细胞特异性敲除Rbm43的小鼠（Rbm43-AKO），小鼠出生符合孟德尔比率，对棕色和白色脂肪的重量没有差异。在Rbm43-AKO 的iWAT中，PGC1α蛋白水平的增加与其mRNA不成比例（图四A和B），再次表明PGC1α的转录后调控发生了改变。用放线菌酮处理分离的脂肪细胞保留核糖体-mRNA相互作用，然后裂解并进行蔗糖密度梯度离心[13]，评估Ppargc1a的翻译。与同窝Rbm43fl/fl小鼠相比，Rbm43-AKO提取物中Ppargc1a mRNA的分布向更高密度的组分偏移，而作为对照的Retn mRNA的分布没有显著改变（图四C），表明Ppargc1a的翻译增加。研究者分离了iWAT脂肪细胞，进行定量蛋白质组学分析，发现RBM43缺失在蛋白水平上导致多个通路上调，其中氧化磷酸化、脂肪生成和脂肪酸代谢的上调最多，而下调通路包括EMT和炎症信号传导（图四D）。这些变化同样与PGC1α活性高度相关，包括参与氧化磷酸化和脂肪产热的蛋白（图四E-I）。免疫印迹证实RBM43缺失后，解偶联蛋白1（>10倍）和单个氧化磷酸化复合物组分（1.2至2倍）的升高（图四G和H）。海马生物分析仪测量显示，Rbm43-AKO小鼠的iWAT，而非VAT，具有更高的单位质量呼吸能力（图四J）。用β3-肾上腺素能受体激动剂CL-316243处理小鼠后，置于代谢笼测量能量消耗。结果显示，尽管注射PBS后，在Rbm43-AKO小鼠和同窝Rbm43fl/fl小鼠中都引起了等效应激反应，但CL-316243处理后在Rbm43-AKO小鼠中显著诱导了更高的能量消耗（图四K）。以上结果表明，RBM43抑制了白色脂肪中的线粒体生物合成和氧化代谢。
图四 RBM43调控白色脂肪的PGC1α翻译、线粒体生物合成和氧化代谢[11]
研究者推测Rbm43-AKO小鼠可能由于脂肪产热能力的提高，而抵抗高脂饮食（HFD）引起的体重增加。于是，比较正常饮食和高脂饮食喂养的两组小鼠，发现尽管Rbm43-AKO小鼠的体重和体脂比与同窝Rbm43fl/fl对照组没有区别（图五A和B、D和E），但是，Rbm43-AKO小鼠在高脂喂养后明显改善了葡萄糖稳态（图五C和F），表明Rbm43-AKO小鼠不易受到肥胖造成的代谢影响。
图五 高脂饮食小鼠的脂肪细胞缺失RBM43可独立于体重改善葡萄糖稳态[11]
Rbm43-AKO小鼠在高脂饮食喂养后，VAT巨噬细胞的积聚显著减少（图五G和H）。VAT在小鼠体内的产热能力相对较低，但其细胞因子分泌增加且与人类代谢疾病高度相关，可能在肥胖相关的炎症中发挥作用。于是，研究者探究RBM43对WAT产热功能之外的影响。分离高脂饮食喂养的Rbm43-AKO小鼠VAT脂肪细胞，同样显示PGC1α蛋白水平升高，而mRNA没有变化（图六A和B）。定量蛋白质组富集分析显示，氧化磷酸化是Rbm43-AKO VAT脂肪细胞中上调最显著的基因集（图六C），下调通路包括NF-κB和IFN刺激的炎症信号传导以及EMT，这些通路都与肥胖有关（图六C和D），脂肪细胞响应高脂饮食的全局特征也显著下调（图六E），表明Rbm43的缺失广泛阻止了促炎和细胞外基质重塑程序的激活。Rbm43-AKO VAT脂肪细胞中STING激活的表达特征也显著降低（图六F），表明先天免疫传感器系统cGAS-STING激活减少，该系统检测细胞质DNA，包括病原体来源的DNA以及异常定位的线粒体DNA（mtDNA）[14]。高脂饮食后，Rbm43-AKO小鼠的VAT细胞质mtDNA大幅减少，尽管细胞内总mtDNA水平增加（图六G和H）；cGAS产物2′3′-cGAMP也保持在较低水平（图六I），cGAS和STING蛋白以及下游信号TBK1和IRF3的磷酸化也显著减少（图六I和J）。以上数据表明，在肥胖的情况下，RBM43缺失可保护脂肪细胞免受细胞质mtDNA积累和STING激活的影响。
图六 RBM43促进肥胖小鼠白色脂肪细胞的促炎基因表达和STING激活[11]
最后，研究者探究RBM43激活STING是否与PGC1α有关。构建了脂肪细胞选择性敲除Ppargc1a小鼠（Ppargc1a-AKO），高脂饮食喂养后分离VAT脂肪细胞。与同窝Ppargc1afl/fl对照小鼠相比，Ppargc1a-AKO脂肪细胞的细胞质mtDNA增加了2.2至2.5倍，总mtDNA变化不大（图七A和B）；cGAS产物2′3′-cGAMP水平增加（图七C）；STING下游信号蛋白和基因表达的增加（图七D和E）。研究者使用慢病毒CRISPR-Cas9在原代iWAT脂肪细胞中靶向Ppargc1a，使PGC1α水平降低了90%以上。在这些细胞中敲降Rbm43对氧化代谢基因表达几乎没有显著影响，证实了RBM43对PGC1α的依赖性。尽管细胞总mtDNA减少了33%-39%，但破坏Ppargc1a增加了细胞质mtDNA（图七F和G）；同样地，2′3′-cGAMP、STING通路组分蛋白磷酸化以及IFN刺激基因表达都显著增加（图七H-J）。一致地，Ppargc1a−/−脂肪细胞的全转录组分析，确定了IFN反应上调以及STING活性特征的激活（图七K和L）。重要的是，使用STING小分子拮抗剂H-151完全阻止了PGC1α缺失引起的IFN刺激基因的上调（图七J）。相比之下，H-151不影响RBM43介导的PGC1α抑制，证实STING活性不是RBM43功能所必需的。这些结果确定了PGC1α在保护细胞质mtDNA积累和cGAS-STING激活方面的作用，提示RBM43抑制PGC1α导致代谢性疾病的潜在途径。
图七 PGC1α防止细胞质mtDNA积累和STING激活[11]
综上所述，该研究证明了RNA结合蛋白RBM43是细胞炎症因子信号传导和氧化代谢之间的潜在调控因子。RBM43由促炎信号诱导，抑制了线粒体生物合成的关键调节因子PGC1α的翻译，进而削弱了脂肪氧化代谢。而PGC1α促进了线粒体生物发生和氧化代谢能力，同时防止细胞质mtDNA的积累以及由此引发的STING激活。小鼠在高脂饮食诱导肥胖后，RBM43激活了cGAS-STING，介导了脂肪细胞炎症反应以及葡萄糖耐受不良，该过程大部分依赖于抑制了PGC1α翻译（图七M）。该研究揭示了一个RBM43-PGC1α-STING轴，提示炎症信号可支配细胞能量代谢，为炎症和线粒体在代谢性疾病机制中的作用提供了新的见解。
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