1?背景

脂類似炎，如脂肪酸，是細(xì)胞膜的基本組成部分和信號的媒介凡人。脂肪酸也是細(xì)胞中能量儲存和產(chǎn)生的關(guān)鍵分子名党。然而叹阔，一旦失調(diào)挠轴，脂質(zhì)可以成為有毒物質(zhì)，并最終引發(fā)細(xì)胞死亡耳幢，例如岸晦，通過長時間激活信號途徑，如未折疊蛋白反應(yīng)（UPR）睛藻。長期以來启上，脂滴被認(rèn)為僅僅是細(xì)胞質(zhì)中的脂肪包裹體，近年來店印，脂滴作為完全自主的細(xì)胞器出現(xiàn)在人們的視野中冈在，并在脂質(zhì)和能量平衡方面具有關(guān)鍵功能。脂滴在細(xì)胞中廣泛存在按摘，它具有獨特的超微結(jié)構(gòu)包券，由一個中性脂質(zhì)核心組成纫谅，周圍是磷脂單層浇辜，上面鑲嵌著整體蛋白和周邊蛋白（方框 1）疆栏。脂滴是高度動態(tài)的細(xì)胞器拼弃，在生長和消耗（通過由脂肪酶介導(dǎo)的酶水解（脂解）或通過選擇性的自噬形式（噬脂）眶俩；見補(bǔ)充方框 1）之間交替進(jìn)行测蹲。這些過程密切反映了細(xì)胞的新陳代謝和營養(yǎng)供應(yīng)周期：在營養(yǎng)過剩的條件下儲存的脂質(zhì)在饑餓期間被調(diào)動用于能量生產(chǎn)鸠珠，或在膜的高需求期間用于磷脂的合成杯矩。脂滴還能緩沖細(xì)胞中潛在的有毒脂質(zhì)沽损，在防止脂質(zhì)毒性和氧化應(yīng)激方面有突出的作用亮元。在其生命周期中猛计，脂滴與其他幾個細(xì)胞器建立聯(lián)系。首先苹粟，它們與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）建立了聯(lián)系有滑，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是為脂滴提供大部分組成分子的細(xì)胞器，在脂滴的生物發(fā)生中起著核心作用嵌削。脂滴 脂滴還與過氧化物酶體毛好、線粒體和溶酶體（酵母的空泡）接觸。所有這些相互作用都是緊密協(xié)調(diào)的苛秕，對脂滴的正常生命周期和它們的不同功能至關(guān)重要肌访。在這篇文章中，我們回顧了關(guān)于來自 ER 的脂滴生物生成機(jī)制及其功能的最新進(jìn)展艇劫。特別是吼驶，我們關(guān)注脂滴的生命周期如何通過與其他細(xì)胞器的相互作用而受到影響和調(diào)節(jié)。

2?BOX1 脂滴結(jié)構(gòu)

脂滴是中性脂質(zhì)的通用儲存器店煞，存在于從酵母到人類的大多數(shù)細(xì)胞中蟹演。盡管它們無處不在，但在不同的細(xì)胞之間顷蟀，甚至在同一細(xì)胞內(nèi)酒请，脂滴的數(shù)量、大小和組成都有很大差異鸣个。這些差異往往反映了這些細(xì)胞內(nèi)的代謝狀態(tài)羞反。雖然形態(tài)各異，但所有的脂滴都有一個類似的結(jié)構(gòu)組織囤萤，使它們與所有其他細(xì)胞器不同昼窗。脂滴不是典型的磷脂雙分子層，而是由單層磷脂分子包圍涛舍，核心由中性脂質(zhì)填充澄惊，最常見的是三酰甘油和甾醇酯 （見圖 a 部分）。脂滴從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）出現(xiàn)（見圖 b 部分，顯示酵母中脂滴的二維斷層圖掸驱，其中是明顯可見脂滴的磷脂單層和靠近細(xì)胞核附近 ER（箭頭））窘哈。在單層中，其成分讓人聯(lián)想到 ER 雙分子層亭敢，磷脂的極性基團(tuán)朝向細(xì)胞膜滚婉，而其酰基鏈與疏水的中性脂質(zhì)核心接觸帅刀。與單層相關(guān)的是各種蛋白質(zhì)让腹，它們裝飾著脂滴的表面而并非在疏水核心中（見圖 c 部分，描述了培養(yǎng)的肝癌細(xì)胞的熒光顯微鏡圖像扣溺，顯示了用熒光脂肪酸（BoDIPY 558/568 C12 染料）標(biāo)記的中性脂質(zhì)核心和脂滴外圍的 perilipin 家族成員（PlIN2-GFP）的存在骇窍；圖片由 M. Roberts 提供）。這些蛋白質(zhì)通過疏水發(fā)夾锥余、兩性螺旋和脂肪酸修飾與膜聯(lián)系在一起（見圖 a 部分）腹纳，并具有許多不同的功能，控制著脂滴動力學(xué)的不同方面驱犹。例如嘲恍，脂滴的生長和降解受酶的控制，這些酶在單層表面雄驹，分別促進(jìn)三酰甘油的合成和水解佃牛。與單層相關(guān)的蛋白質(zhì)也被認(rèn)為是控制脂滴在細(xì)胞內(nèi)的定位以及與其他細(xì)胞器的聯(lián)系。重要的是医舆，脂滴的大小俘侠、數(shù)量和分布隨著細(xì)胞代謝和營養(yǎng)供應(yīng)的變化而迅速發(fā)生巨大變化，這可能反映了脂滴蛋白質(zhì)組的改變蔬将。此外爷速，在一個細(xì)胞內(nèi)，可以根據(jù)酵母和人類中存在于其表面的蛋白質(zhì)來識別不同的脂滴群體霞怀。這些觀察表明惫东，與其他細(xì)胞器的情況一樣，蛋白質(zhì)對脂滴的定向是受到嚴(yán)格控制的里烦。

3?脂滴的生物生成

盡管近年來有了令人振奮的發(fā)展凿蒜，但人們對脂滴生物生成的機(jī)制仍然知之甚少禁谦。脂滴的組裝涉及多個步驟胁黑，并發(fā)生在 ER 中。ER 是脂滴在其生命周期中與之保持緊密且特殊關(guān)系的細(xì)胞器（圖 1）州泊。

4?中性脂質(zhì)的合成和晶狀體的形成丧蘸。

脂滴生物形成的第一步是合成中性脂質(zhì)，最常見的是三酰甘油和甾醇酯。這些是由活性脂肪酸與二酰甘油或固醇（如膽固醇）分別進(jìn)行酯化而產(chǎn)生的力喷。每種情況都有不同的酶參與刽漂，這些酶主要定位在 ER。甾醇酯由醯苊希基 CoA：膽固醇 Oacyltransferases（ACAT1 和 ACAT2贝咙；酵母中的 Are1p 和 Are2p）生成，而三酰甘油是二酰甘油醴髂迹基轉(zhuǎn)移酶（DGAT1 和 DGAT2庭猩；酵母中的 Dga1 和 Lro1）的產(chǎn)物。缺乏這四種酶的酵母細(xì)胞無法產(chǎn)生脂滴 4,5陈症。盡管在最佳的實驗室條件下蔼水，這些細(xì)胞以正常的速度生長，但它們對各種應(yīng)激極為敏感录肯，這突出了脂滴在細(xì)胞生理學(xué)中的作用趴腋。這些酶中的任何一種單獨表達(dá)都足以在酵母中形成脂滴，表明這些細(xì)胞器的組裝可以由三酰甘油或甾醇酯觸發(fā)（但三酰甘油刺激的脂滴組裝已在酵母和高等真核生物中得到更詳細(xì)的研究）论咏。在低濃度時优炬，中性脂質(zhì)分散在 ER 雙分子層的小葉之間。隨著它們濃度的增加厅贪，中性脂質(zhì)最終凝聚在一起穿剖，在去混合過程中形成一個油鏡。在模型膜中卦溢，當(dāng)三酰甘油濃度在 5-10 mol%的范圍內(nèi)時糊余，就會發(fā)生這種轉(zhuǎn)變。這些和其他研究表明单寂，簡單的物理化學(xué)原理解釋了晶狀體的形成贬芥，中性脂質(zhì)的去混合通過減少與其他膜成分（如磷脂或蛋白質(zhì)）的相互作用從而在能量上是有利的 。一致的是宣决，到目前為止蘸劈，沒有發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)直接參與晶狀體的形成。中性脂質(zhì)晶狀體是否在整個 ER 中隨機(jī)形成尊沸，或者是否存在其形成的優(yōu)先位置威沫，目前仍不清楚。這些早期的脂滴中間物一直很難研究洼专，因為它們可能是短暫的棒掠，而且非常小。然而屁商，最近的研究在酵母中結(jié)合了新的脂滴生物生成檢測烟很，依靠 Lro1 的調(diào)節(jié)表達(dá)和電子斷層掃描，首次檢測到嵌入 ER 雙層的晶狀體結(jié)構(gòu) 。這些晶狀體的直徑在 30 到 60 納米之間雾袱，僅在 Lro1 誘導(dǎo)后不久被檢測到恤筛，這與晶狀體是早期的中間產(chǎn)物相一致。最近還出現(xiàn)了以早期脂滴中間物為目標(biāo)的蛋白型熒光報告器芹橡。這些似乎比傳統(tǒng)的中性脂質(zhì)染料更敏感毒坛，但它們是否能檢測到油鏡或生物生成過程的后期階段還不清楚。然而林说，與活細(xì)胞成像相結(jié)合粘驰，這些報告器是剖析脂滴形成的多個方面的有力工具，如其空間和時間調(diào)節(jié)述么。

5?脂滴出芽

中性脂質(zhì)晶狀體的擴(kuò)張導(dǎo)致脂滴從 ER 膜上出芽蝌数。分泌小泡從 ER 出芽需要膜曲率誘導(dǎo)的外套蛋白的參與，如 CoPii15度秘。然而顶伞，這些蛋白并不參與脂滴的出芽。相反剑梳，體內(nèi)工作表明唆貌，ER 膜磷脂的組成對脂滴的萌發(fā)至關(guān)重要 。最近的體外研究和模型研究進(jìn)一步支持了這一觀察垢乙，這些研究還揭示了膜表面張力的重要性锨咙，其定義是將中性脂質(zhì)暴露在細(xì)胞水環(huán)境中的能量成本 。為了最大限度地減少可能與細(xì)胞水溶液接觸的中性脂質(zhì)面積追逮，表面張力似乎對獲得脂滴的圓形尤為重要酪刀，而磷脂成分主要通過幾何效應(yīng)影響出芽效率：錐形分子，如二跖シ酰基甘油或磷脂酰乙醇胺骂倘，不利于出芽，而幾何形狀相反的分子巴席，如溶血磷脂历涝，促進(jìn)出芽。膜張力除了影響出芽效率外漾唉，似乎還對出芽過程施加了方向性荧库，至少在體外是這樣的。磷脂和/或蛋白質(zhì)修飾了油-水界面赵刑，從而影響了表面張力分衫。因此，膜單層之間不同的蛋白質(zhì)和/或脂質(zhì)組成足以引起張力不平衡料睛，最終決定出芽的方向性（圖 1）丐箩。雖然在少數(shù)情況下，在 ER 腔內(nèi)也可以檢測到脂滴恤煞，但在大多數(shù)情況下屎勘，脂滴出芽幾乎只發(fā)生在胞質(zhì)一側(cè)，這表明 ER 膜的脂質(zhì)單層的張力受到嚴(yán)格控制居扒。

圖1 | 脂滴生物形成的步驟概漱。脂滴從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）中生成。ER膜的正常形態(tài)和組成可能受到脂肪儲存誘導(dǎo)跨膜2（FIT2）蛋白和其他ER駐留蛋白的影響喜喂，是受調(diào)控的脂滴生物形成的重要決定因素瓤摧。第一步：三酰甘油（TAG）的合成和膽固醇酯合成酶在ER雙層的小葉子之間沉積中性脂質(zhì)。超過一定的濃度玉吁，中性脂質(zhì)就會脫混并凝聚成一個lens結(jié)構(gòu)照弥。第二步：seipin和其他脂滴生物生成因子被招募到晶狀體結(jié)構(gòu)中，促進(jìn)新生脂滴的生長进副。脂滴細(xì)胞質(zhì)一側(cè)出芽受到ER雙層的管腔和細(xì)胞膜一側(cè)ER小葉的表面張力差異的影響这揣，可能由不對稱的蛋白質(zhì)結(jié)合和磷脂組成決定。第3步：在一些哺乳動物細(xì)胞中影斑，脂滴從ER中萌發(fā)给赞，通過融合或局部脂質(zhì)合成而生長。AGPAT矫户，跗福基甘油磷酸酯酰化酶皆辽；DAG柑蛇，二酰基甘油驱闷；DGAT唯蝶，酰基-CoA:二跻潘裕基甘油跽澄遥化酶；G3P痹换，甘油3-磷酸酯征字；GPAT，甘油-3磷酸酯踅吭ィ化酶匙姜；LPA，溶血磷脂酸冯痢；PA氮昧，磷脂酸框杜；PAP，磷脂酸磷酸酶袖肥；PLIN咪辱，周脂素。哺乳動物蛋白的酵母直系親屬在括號中標(biāo)出椎组。

在細(xì)胞中油狂，脂滴出芽是由脂肪儲存誘導(dǎo)跨膜（FIT）蛋白促進(jìn)的，這是一個進(jìn)化保守的整體 ER 膜蛋白家族 寸癌。兩種高度相關(guān)的 FIT 蛋白专筷，F(xiàn)IT1 和 FIT2（也分別稱為 FITM1 和 FITM2），存在于哺乳動物中蒸苇；其他后生動物和酵母只表達(dá) FIT2 相關(guān)蛋白 磷蛹。在酵母、蠕蟲和哺乳動物細(xì)胞中耗盡 FIT 蛋白會抑制脂滴萌發(fā)溪烤，導(dǎo)致嵌入 ER 膜的中性脂質(zhì)晶狀體的堆積弦聂。然而，F(xiàn)IT 蛋白如何促進(jìn)脂滴萌發(fā)仍不清楚氛什。早期的研究表明莺葫，純化的 FIT2 在體外與二酰基甘油和三跚姑迹基甘油結(jié)合捺檬，表明 FIT 可以通過直接與這些中性脂質(zhì)結(jié)合促進(jìn)脂滴出芽。對這一假設(shè)的進(jìn)一步支持來自于對酵母的研究贸铜，該研究顯示堡纬，在 FIT 缺陷的細(xì)胞中，ER 中的二踺锴兀基甘油水平增加烤镐，而這種脂質(zhì)不利于脂滴的出芽。令人驚訝的是棍鳖，當(dāng)二酰甘油水平通過額外的突變而降低時炮叶，F(xiàn)IT 突變體細(xì)胞中的脂滴出芽得以恢復(fù)。這些觀察表明 FIT 蛋白與二酰甘油代謝有關(guān)渡处。然而镜悉，最近的研究表明，F(xiàn)IT 蛋白可能通過一種不同的機(jī)制影響脂滴萌發(fā)医瘫。比較序列分析發(fā)現(xiàn) FIT 和脂質(zhì)磷酸酶之間有相似之處侣肄。這種活性在體外用純化的人 FIT2 證實，它對磷脂酸和溶血磷脂酸有活性醇份，但對其他磷脂沒有活性稼锅。與體內(nèi)的催化要求一致吼具，F(xiàn)IT2 活性位點突變體在 FIT 缺陷的酵母和哺乳動物細(xì)胞中不能恢復(fù)正常的脂滴出芽。磷脂酸和溶血磷脂酸是否是體內(nèi)的相關(guān) FIT2 底物仍未解決矩距。除了脂滴萌發(fā)缺陷外拗盒，F(xiàn)IT 缺陷的細(xì)胞還顯示出異常的 ER 形態(tài)，經(jīng)常出現(xiàn)膜團(tuán)塊剩晴。如果受到脂肪酸的刺激锣咒，F(xiàn)IT2 敲除的細(xì)胞顯示出三酰甘油水平的降低和磷脂酸的同時增加侵状，這表明這種磷脂可能是體內(nèi)的 FIT2 底物赞弥。脂肪酸并入其他磷脂，如磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺的速率也降低了趣兄。與這些對脂質(zhì)代謝的廣泛影響一致绽左，F(xiàn)ITs 的構(gòu)成性或產(chǎn)生后缺失會導(dǎo)致各種模式動物的嚴(yán)重代謝功能障礙或死亡。FIT2 的活性是否會影響 ER 小葉之間的張力不平衡尚不清楚艇潭，但據(jù)預(yù)測拼窥，F(xiàn)IT 蛋白的活性部位在 ER 膜的管腔側(cè)。與磷脂相反蹋凝，中性脂質(zhì)如單酰甘油和二酰甘油--可能由 FIT2 在管腔側(cè)生成--能夠在膜小葉之間迅速翻轉(zhuǎn)鲁纠。一個較大的可能性是，一旦到了細(xì)胞膜一側(cè)鳍寂，這些中性脂質(zhì)就會轉(zhuǎn)化回磷脂改含，以補(bǔ)充 ER 的細(xì)胞膜小葉，這是脂滴形成期間單層磷脂的主要來源迄汛。因此捍壤，在密集的脂滴生成期間，有可能維持 ER 小葉間磷脂平衡的磷脂爭奪酶已經(jīng)飽和鞍爱，這種關(guān)鍵的 FIT2 活性被暴露出來鹃觉。在酵母中，ER-脂滴出芽是由 Pln1（以前稱為 Pet10）促進(jìn)的睹逃，該蛋白與哺乳動物的 perilipins有關(guān)盗扇。在哺乳動物中，該類蛋白在通過脂解調(diào)節(jié)脂滴消耗方面具有成熟的功能（補(bǔ)充方框 1）沉填，也可能促進(jìn)脂滴生物生成 粱玲。與其他周脂素相似，Pln1 從細(xì)胞膜被招募到脂滴單層拜轨。對于 Pln1 來說抽减，靶向脂滴發(fā)生在脂滴生成過程中的早期階段，這表明它有利于出芽橄碾。缺少 Pln1 的細(xì)胞脂滴出芽過程發(fā)生很大程度的延遲卵沉，這支持了上述結(jié)果颠锉。有趣的是，Pln1 對脂滴的結(jié)合和穩(wěn)定作用依賴于甘油三酯的存在史汗，因為它不能識別只含甾醇酯的脂滴琼掠。Pln1 和其他 perilipins 究竟是如何促進(jìn)脂滴萌發(fā)的尚不清楚。然而停撞，通過僅從胞質(zhì)一側(cè)靶向新生的脂滴瓷蛙，perilipins 可能通過改變兩個膜單層之間的張力平衡來促進(jìn)出芽。Seipin 是一種廣泛保守的 ER 膜蛋白戈毒，對于脂滴的順利出芽至關(guān)重要艰猬。在沒有 seipin 的情況下，脂滴的形成會延遲發(fā)生埋市，而且蛋白質(zhì)和脂質(zhì)在形成的脂滴中的結(jié)合率都較低冠桃，導(dǎo)致脂滴的形態(tài)和性質(zhì)出現(xiàn)異常。此外道宅，在有 seipin 突變的酵母和哺乳動物細(xì)胞中食听，ER-脂滴界面很不正常，這表明 seipin 穩(wěn)定了通常在兩個細(xì)胞器之間提供連續(xù)性的膜橋污茵。與 ER-脂滴界面的功能相一致樱报，seipin 在這些區(qū)域富集，這在光鏡和電鏡中都能檢測到泞当。最近對酵母的研究發(fā)現(xiàn)了有關(guān) seipin 功能的其他線索迹蛤，發(fā)現(xiàn)了其與過氧化物酶體前囊泡的生物生成有關(guān)，過氧化物酶體前囊泡在結(jié)構(gòu)上是不同的細(xì)胞器零蓉，會產(chǎn)生過氧化物酶體笤受。令人驚訝的是，在 seipin 酵母突變體中的脂滴出芽需要 Pex30敌蜂，這是一種 ER 膜蛋白箩兽，在過氧化物酶體形成中具有公認(rèn)的作用。通常情況下章喉，Pex30 在 ER 中分布在不連續(xù)的斑點中汗贫，但在 seipin 突變體中，Pex30 強(qiáng)烈集中在脂滴出芽的部位秸脱。Pex30 的重新分布在功能上是相關(guān)的落包，因為同時刪除 seipin 和 Pex30 會抑制脂滴出芽，導(dǎo)致中性脂質(zhì)在 ER 膜內(nèi)的積累摊唇。這種雙突變體在過氧化物酶體的形成方面也顯示出強(qiáng)烈的缺陷咐蝇。脂滴和過氧化物酶體生物生成之間的聯(lián)系不僅見于 seipin 突變體，最近也見于不受干擾的細(xì)胞 巷查。除了脂滴和過氧化物酶體出芽的缺陷外有序，缺乏 seipin 和 Pex30 的細(xì)胞顯示出異常的脂質(zhì)組成抹腿，包括更高水平的磷脂酰膽堿、磷脂酰肌醇和二酰甘油旭寿。有趣的是警绩，糾正 seipin-Pex30 雙突變體的脂質(zhì)組成的額外突變恢復(fù)了細(xì)胞器的出芽 43。與先前描述的體外數(shù)據(jù)一致盅称，這些研究強(qiáng)調(diào)了 ER 脂質(zhì)組成在脂滴出芽中的作用肩祥，并表明 seipin 與 Pex30 一起，可能專門控制脂滴出芽部位的脂質(zhì)組成缩膝。這種控制可以通過調(diào)節(jié)某些脂質(zhì)修飾酶來實現(xiàn)混狠，如甘油-3-磷酸酰基轉(zhuǎn)移酶（GPATs）（圖 1）逞盆。另外檀蹋，形成寡聚體的 seipin松申，可能與脂滴出芽部位的特定脂質(zhì)結(jié)合并集中云芦。與這種可能性相一致的是，人類和果蠅 seipin 的冷凍電子顯微鏡結(jié)構(gòu)顯示贸桶，seipin 的 ER 管腔結(jié)構(gòu)域采用了一個β三明治折疊結(jié)構(gòu)舅逸，正如在其他脂質(zhì)結(jié)合蛋白中觀察到的那樣。然而皇筛，seipin 促進(jìn)脂滴從 ER 出芽的分子機(jī)制仍有待澄清琉历。脂滴和過氧化物酶體出芽之間的聯(lián)系也應(yīng)進(jìn)一步探討。

6?脂滴的生長和成熟

出芽后水醋，脂滴進(jìn)行擴(kuò)張旗笔，其擴(kuò)張也可通過脂滴融合進(jìn)行（在下面關(guān)于脂滴膜接觸點的章節(jié)中討論），通過 ER 膜橋?qū)⑷８视娃D(zhuǎn)移到脂滴拄踪，或通過三酰甘油直接在脂滴表面合成（圖 1）蝇恶。三酰甘油的局部合成是通過幾種酶從 ER 轉(zhuǎn)移到脂滴表面而實現(xiàn)的，新合成的三酰甘油聚集在疏水核心惶桐。在出芽期間撮弧，ER 膜的細(xì)胞質(zhì)小葉繼續(xù)為生長中的脂滴提供額外的磷脂，以形成單層姚糊。在脂滴擴(kuò)張非郴哐埽活躍的條件下，需要新的磷脂合成來維持磷脂的平衡狀態(tài)救恨。例如贸辈，在果蠅細(xì)胞中，外源性脂肪酸對脂滴生物生成的刺激會觸發(fā) CTP:磷脂酰膽堿胞苷轉(zhuǎn)移酶α（CCTα）的激活肠槽，這種酶在磷脂酰膽堿的合成中產(chǎn)生一種限速中間產(chǎn)物擎淤。在這些條件下躏哩，CCTα的激活是維持磷脂平衡的必要條件。奇怪的是揉燃，CCTα在生長中的脂滴表面直接被激活扫尺，將單層的擴(kuò)展與磷脂的合成聯(lián)系起來。然而炊汤，在其他類型的細(xì)胞中正驻，CCTα似乎只在核內(nèi)，這表明這種機(jī)制并不普遍抢腐，脂滴擴(kuò)展和磷脂生物合成之間的耦合可以通過不同的方式發(fā)生姑曙。在高等真核生物中，有一部分脂滴最終從 ER 中分離出來迈倍。為什么在所有的脂滴中伤靠，只有一部分選擇性地脫離，目前還不清楚啼染。此外宴合，膜裂變的機(jī)制也不清楚。最近表明迹鹅，在昆蟲和哺乳動物細(xì)胞中卦洽，這種分離是可逆的，重新連接需要 COPI 復(fù)合物斜棚。這種復(fù)合物被小 GTP 酶 ARF1 及其鳥嘌呤核苷酸交換因子（GEF）招募到脂滴表面阀蒂，并促進(jìn)直徑約 ?納米的極小脂滴（"納米脂滴"）從現(xiàn)有的脂滴中出芽。這些納米液滴的高表面-體積比使磷脂從 "母 “脂滴單層磷脂中消耗弟蚀。這種消耗導(dǎo)致疏水核心的磷脂覆蓋率低蚤霞，表面張力增加，這有利于脂滴與 ER 雙分子層的融合义钉。COPI 如何以及為什么促進(jìn)脂滴與 ER 具體融合還不清楚昧绣。然而，在融合后断医，整體膜蛋白如 DGAT2 和 GPAT4 能夠從 ER 擴(kuò)散到脂滴滞乙，表明兩個細(xì)胞器之間的膜橋已經(jīng)重新建立。

7?蛋白質(zhì)靶向脂滴

各種基于蛋白質(zhì)組學(xué)的方法已經(jīng)確定了脂滴相關(guān)蛋白的全部種類鉴嗤。盡管不同的細(xì)胞類型和使用的方法不同斩启，脂滴蛋白質(zhì)組也不同，但出現(xiàn)了一批共同的高可信度的脂滴相關(guān)蛋白質(zhì)醉锅。在典型的哺乳動物細(xì)胞中兔簇，這種高可信度的脂滴蛋白質(zhì)組由 100-150 個蛋白質(zhì)組成 ；在酵母中，這些數(shù)字下降到 35-40 個蛋白質(zhì)垄琐。無論哪種類型的細(xì)胞边酒，脂滴蛋白質(zhì)組都是以參與脂質(zhì)代謝的酶為主，并全部包括 perilipin 家族的成員狸窘。然而墩朦，具有其他功能的蛋白質(zhì)，如膜轉(zhuǎn)運和蛋白質(zhì)降解翻擒，也有很好的代表性氓涣，表明涉及脂滴的過程是多樣化的。了解這些蛋白質(zhì)如何影響脂滴的行為和功能將是未來許多年的挑戰(zhàn)陋气。另一個重要的挑戰(zhàn)是了解新合成的蛋白質(zhì)是如何被特異性地定位到脂滴中的劳吠。與定位于其他細(xì)胞器的蛋白質(zhì)相比，脂滴蛋白質(zhì)缺乏嵌入其序列中的特定靶向信號巩趁。脂滴相關(guān)蛋白分為兩個主要類別痒玩。與脂滴和 ER 之間的膜穩(wěn)定相關(guān)的蛋白質(zhì)屬于第一類；直接從細(xì)胞膜被招募到脂滴表面的蛋白質(zhì)定義為第二類（圖 2）议慰。

圖 2 | 脂滴蛋白靶向和降解的機(jī)制蠢古。a | I 類脂滴蛋白插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）并在膜內(nèi)橫向擴(kuò)散，從而進(jìn)入正在形成的脂滴褒脯。至少在一種情況下便瑟，I 類蛋白的插入是通過與法尼基化的過氧化物酶體生物生成因子 19（PEX19）及其 ER 受體 PEX3 的聯(lián)合而介導(dǎo)的缆毁。大多數(shù) I 類脂滴蛋白含有一個疏水發(fā)夾番川，通過它與脂質(zhì)單層結(jié)合。I 類蛋白在 ER 和脂滴之間的不對稱分布可能是通過將一些蛋白定位于 ER 相關(guān)蛋白降解（ERAD）來實現(xiàn)的脊框。b | II 類脂滴蛋白通過識別膜上的包裝缺陷的兩性螺旋（插圖）或通過脂肪酸修飾直接從細(xì)胞膜插入到脂滴颁督。在沒有脂滴的情況下，這些蛋白質(zhì)可能會被泛素蛋白酶體系統(tǒng)降解浇雹。如果這些蛋白質(zhì)被迫離開脂滴表面沉御，例如在脂滴分解過程中被分子擁擠，它們也可能容易被蛋白體降解昭灵。熱休克同源 71kDa 蛋白（HSC70）可以從脂滴中提取帶有特征性五肽共識序列的精選蛋白吠裆，指導(dǎo)蛋白伴侶介導(dǎo)的自噬（CMA），以便在溶酶體中進(jìn)行降解烂完。脂滴相關(guān)蛋白的 CMA 可能發(fā)生在脂滴-溶酶體接觸處试疙。LAMP2A，溶酶體相關(guān)膜蛋白 2A抠蚣；UBXD8祝旷，含 UBX 域的蛋白 8；VCP，過渡性內(nèi)質(zhì)網(wǎng) ATP 酶怀跛。

8?第一類蛋白

在 I 類脂滴相關(guān)蛋白中可以發(fā)現(xiàn)不同功能的蛋白距贷，從脂質(zhì)生物合成酶，如長鏈脂肪酸-CoA 連接酶 3（ACSL3）吻谋、GPAT4 和 DGAT2/Dga1 到參與泛素依賴性蛋白分解的蛋白忠蝗，如古老泛素蛋白 1（AUP1）和含 UBX 域的蛋白 8（UBXD8；也被稱為 FAF2）漓拾。通常情況下什湘，I 類蛋白通過疏水發(fā)夾與膜結(jié)合，發(fā)夾插入脂質(zhì)雙層的中間位置晦攒，其氨基和羧基端都面向細(xì)胞膜闽撤。這些結(jié)構(gòu)元素，由于缺乏典型的多頂膜蛋白的腔環(huán)或結(jié)構(gòu)域脯颜，可以同時定位在 ER 雙分子層和脂滴單層中哟旗。在一些 I 類蛋白中，膜發(fā)夾兩側(cè)的帶正電荷的殘基也是高效脂滴定位的必要條件栋操。I 類蛋白典型的膜發(fā)夾的插入發(fā)生在 ER 中闸餐，在這里蛋白通過膜橋擴(kuò)散到脂滴的表面。與 ER 插入相一致的是矾芙，I 類蛋白在沒有脂滴的情況下在整個 ER 內(nèi)定位舍沙。雖然含發(fā)夾蛋白的膜插入機(jī)制還沒有被廣泛研究，但最近的一項研究表明剔宪，UBXD8 的 ER 插入需要過氧化物酶體生物生成因子 19（PEX19）和 PEX3（reF. 45）（圖 2a）拂铡，它們在過氧化物酶體膜蛋白的生物生成中具有公認(rèn)的作用。在被 PEX19 捕獲到細(xì)胞膜后葱绒，UBXD8 被翻譯后傳遞到富含 PEX3 的特定 ER 結(jié)構(gòu)域進(jìn)行膜插入感帅。富含 PEX3 的 ER 結(jié)構(gòu)域位于附近，但與過氧化物酶體不同地淀，了解它們是否對應(yīng)于脂滴和/或過氧化物酶體生物生成的位置將是很有趣的失球。PEX19 可以通過一個保守的半胱氨酸殘基的法尼基化附著到膜上。有趣的是帮毁，阻止 PEX19 法尼基化的突變誘導(dǎo) UBXD8 錯誤地定位于過氧化物酶體实苞，這表明這種翻譯后修飾賦予了脂滴和過氧化物酶體之間的定點特異性。除了 UBXD8 之外烈疚，其他 I 類脂滴蛋白是否也遵循同樣的路線進(jìn)入 ER 膜黔牵，這一點還有待確定。然而胞得，這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了脂滴和過氧化物酶體的生物生成之間的共同步驟荧止。盡管 I 類蛋白膜聯(lián)結(jié)的特征已被證實屹电，但它們并不能解釋這些蛋白在脂滴表面的富集。事實上跃巡，許多含發(fā)夾的蛋白質(zhì)主要定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中危号，而在脂滴中似乎并不是特別多。因此素邪，含發(fā)夾的蛋白質(zhì)在 ER 和脂滴之間的分配是如何被調(diào)節(jié)的還不清楚外莲。有可能一些含發(fā)夾的蛋白需要通過額外的相互作用而得以保留在 ER 中（圖 2a）。與這種可能性相一致的是兔朦，已經(jīng)證明 UBXD8 庫保留在 ER 需要它與 UBAC2 的相互作用偷线，UBAC2 是一種駐 ER 的多源膜蛋白。同樣沽甥，GPAT4 膜發(fā)夾靶向脂滴的效率比全長蛋白高得多声邦，這表明該蛋白的額外結(jié)構(gòu)域有助于其在 ER 中的部分保留。這些案例說明了 ER 保留機(jī)制如何為含發(fā)夾的蛋白質(zhì)靶向脂滴表面提供了一個重要的調(diào)節(jié)層摆舟。然而亥曹，對于大多數(shù) I 類脂滴蛋白來說，這些調(diào)節(jié)機(jī)制仍然是難以捉摸的恨诱。另一種專門在脂滴表面富集發(fā)夾蛋白的機(jī)制是通過選擇性地降解其 ER 儲存池媳瞪。對酵母和哺乳動物細(xì)胞的研究表明，這種機(jī)制至少對 I 類蛋白的一個子集起作用照宝。在這兩種類型的細(xì)胞中蛇受，I 類蛋白的 ER 降解涉及 ER 相關(guān)蛋白降解（ERAD）的成分（圖 2a）。雖然 ERAD 的底物是錯誤折疊的蛋白質(zhì)厕鹃，但一些折疊的蛋白質(zhì)也會被 ERAD 降解兢仰。一旦被選中，ERAD 底物就會被泛素化熊响，從膜上提取出來旨别，送到細(xì)胞膜蛋白酶體上降解。值得注意的是，膜發(fā)夾觸發(fā)了 I 類蛋白的 ERAD 依賴性降解。酵母以及哺乳動物細(xì)胞 ?中构舟，ERAD 依賴性的 I 類蛋白降解被觸發(fā)狭握。當(dāng)在 ER 雙層中時，某些膜發(fā)夾可能呈現(xiàn)構(gòu)象不穩(wěn)定叼屠，從而觸發(fā)它們被 ERAD 識別瞳腌。相比之下，在脂滴單層磷脂中镜雨，它們被隔離開來嫂侍，遠(yuǎn)離 ERAD 成分，也許這使得他們處于一個更有利的環(huán)境中，從而避免了降解挑宠。盡管這些例子可以提供一個框架來理解含發(fā)夾的蛋白質(zhì)在 ER 和脂滴之間的分配是如何被調(diào)節(jié)的菲盾，但對這些過程的完整的機(jī)制理解仍然是不夠的。

9?第二類脂滴蛋白

直接從細(xì)胞膜被招募到脂滴表面的蛋白質(zhì)屬于第二類（圖 2b）各淀。對于這些蛋白懒鉴，已經(jīng)描述了多種與脂滴結(jié)合的模式，如直接與另一個脂滴蛋白結(jié)合或通過一個脂質(zhì)錨與脂質(zhì)單層相互作用而靶向脂滴碎浇。然而临谱，大多數(shù) II 類蛋白通過兩性α螺旋與脂滴結(jié)合。這些修飾的特點是將疏水和極性殘基分離到螺旋的相對兩側(cè)奴璃，并被認(rèn)為是與存在磷脂包裝缺陷的膜相結(jié)合悉默，這使螺旋的疏水面在膜的平面上得以存在（圖 2b）。由于膜發(fā)夾不是 I 類脂滴蛋白所獨有的苟穆，兩性螺旋也不是 II 類脂滴蛋白所獨有的麦牺，其也存在于廣泛分布于各種細(xì)胞內(nèi)膜上的蛋白質(zhì)中。此外鞭缭，脂滴蛋白的兩性螺旋似乎在各種參數(shù)上呈現(xiàn)出高度多樣化剖膳，如氨基酸組成或長度。因此岭辣，一直很難確定其特定靶向脂滴的決定因素吱晒。最近的分子動力學(xué)模擬表明，磷脂單層特別容易表現(xiàn)出包裝缺陷沦童，特別是在高表面張力下仑濒。與雙分子層相比，單層的表面特性很容易被來自脂滴核心的中性脂質(zhì)相互交織而改變偷遗，從而導(dǎo)致出現(xiàn)更大和更持久的包裝缺陷墩瞳。這些缺陷似乎成為了含有大型疏水氨基酸的兩性螺旋的最佳結(jié)合點，如 II 類蛋白 CCTα的結(jié)合點氏豌。然而喉酌，對 Plin 蛋白家族成員 PLIN4 的研究表明，其他機(jī)制也可能賦予 II 類蛋白在脂滴結(jié)合中的特異性泵喘。Plin 蛋白通過數(shù)量不等的 11 個氨基酸重復(fù)序列與脂滴結(jié)合泪电，這些重復(fù)序列在細(xì)胞膜中是無序的，但在脂滴表面折疊成一個兩性螺旋 纪铺。在 PLIN4 的例子中相速，兩性螺旋明顯較長，由大約 950 個氨基酸組成鲜锚，一旦折疊突诬，將達(dá)到約 140 納米苫拍。然而，與 CCTα相比旺隙，PLIN4 的兩親螺旋缺乏笨重的疏水殘基绒极。此外，兩性螺旋的極性面有一個不對稱的電荷分布催束，有利于螺旋間的橫向相互作用集峦，而犧牲了與單層磷脂的相互作用。這些特征加在一起抠刺，使 PLIN4 能夠直接與中性脂質(zhì)結(jié)合塔淤，并通過取代磷脂單層來覆蓋脂滴表面的部分區(qū)域 。

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Dynamics and functions of lipid droplets | Nature Reviews Molecular Cell Biology