摘要

棕色脂肪组织（BAT）通过非颤抖性产热来控制哺乳动物的核心体温。棕色脂肪组织含有特别丰富的线粒体，它具有通过非耦合呼吸产生热量的特殊性。由于BAT的线粒体活动会随着环境温度的变化而出现激活和失活的循环，一个综合的线粒体质量控制（MQC）系统对于确保BAT的生理功能具有根本的重要性。在此，我们概述了传统和替代机制，通过这些机制，生热脂肪细胞选择性地清除线粒体的受损部分，以及巨噬细胞如何通过清除细胞外线粒体废物参与MQC系统，以维持BAT的生热功能。

生热脂肪组织和代谢健康

由啮齿动物和人类组成的哺乳动物系统已经进化出多种机制来产生热量和维持核心体温。目前的研究发现存在两种具有不同发育和解剖特征的生热脂肪细胞：经典的棕色和米色脂肪细胞。虽然这两种类型的脂肪细胞的起源不同，但都表达一种特殊的蛋白质，称为解偶联蛋白1（UCP1），它可以耗散电子传递链产生的质子梯度，导致解偶联呼吸和产热。棕色脂肪（BAT）细胞比米色脂肪细胞含有更高的线粒体密度和UCP1水平，从而导致其更有效的产热能力。在啮齿动物和人类新生儿中，棕色脂肪细胞主要分布在肩胛间的BAT中，通过非颤抖性产热对低温的急性防御尤为重要。成年人类的BAT较少，数量也不固定，位于颈部、锁骨上和腋下。米色脂肪细胞主要位于皮下白色脂肪组织（SAT）（米色脂肪），其数量和UCP1的表达在寒冷暴露、运动或饮食等刺激下增加，有助于能量消耗。这一过程通常被称为白色脂肪组织（WAT）的 "棕色化 "或 "米色化"。人类BAT中存在着UCP1水平较高和较低的脂肪细胞，这种沉积物是 "经典 "BAT还是米色脂肪仍有待阐明。

产热是一个高能量需求的过程，这会导致脂肪细胞线粒体暴露于代谢压力和氧化损伤中。生热过程中线粒体的强烈活动使这些细胞器在代谢灵活性和结构动态方面具有高度可塑性。因此，MQC系统对于保持线粒体的完整性和生热能力特别是在BAT中尤为重要。脂肪库的生热功能已经引起了科研界极大的兴趣，因为它们能够消耗机体积累的多余的能量，对全身代谢产生有利影响。在2型糖尿病（T2D）和肥胖症的情况下，热能活跃的BAT会减少，这表明BAT活性的丧失与人类的系统代谢钝化之间存在紧密的关系。了解在生热脂肪细胞中确保线粒体质量的机制，可以为理解导致BAT产热活性受损的事件提供新的见解，从而可以有针对性地保持代谢健康。

在这篇综述中，作者讨论了棕色脂肪细胞的胞内MQC机制，包括线粒体裂变/融合和mitophagy（线粒体自噬）。此外，作者还讨论了最近发现的一个称为细胞间线粒体转移的过程，以及棕色脂肪细胞如何以独特的方式利用这一过程，将受损的线粒体碎片以小的胞外囊泡（EVs）的形式输出，以便由组织内的巨噬细胞降解。

非颤抖性生热过程中的MQC

线粒体裂变/融合

一项对成熟棕色脂肪细胞线粒体结构的研究报告称，生热诱导后，线粒体分裂增加，增强了游离脂肪酸诱导的解耦作用和能量消耗（EE）。线粒体碎裂主要由dynamin-related protein-1（DRP1）驱动，这是一种细胞质GTP酶，通常被招募到线粒体外膜，促进线粒体裂变或碎裂。在成熟的小鼠棕色脂肪细胞中，对DRP1活性的抑制限制了由β3-AR刺激引起的线粒体解耦呼吸，表明线粒体裂变有助于棕色脂肪细胞的生热反应。在米色脂肪细胞中，通过参与胆汁酸反应性膜受体TGR5的生热激活，通过ERK/DRP1途径诱导线粒体裂变，这与SAT的棕色化和生热活动的改善有关。在向米色表型分化的人类白色脂肪细胞中，DRP1介导线粒体裂变并改善非耦联呼吸。

另外，线粒体融合对于线粒体的生热活动也是必不可少的，这一点在小鼠中得到了证明，小鼠的线粒体融合蛋白mitofusin 2 (MFN2)的特异性缺失表现出寒冷诱导的生热功能受损。同样，选择性地删除小鼠线粒体内膜融合GTP酶视神经萎缩1（OPA1）会导致BAT的线粒体功能障碍和生热功能丧失。OPA1有一个大的异构体（L-OPA1），其通过蛋白水解成缩短的异构体（S-OPA1），从而使平衡向线粒体分裂转移。冷刺激促进了S-OPA1在BAT中的积累，这与线粒体分裂的增加相一致。OPA1在小鼠中过量表达有利于SAT的褐变，脂肪细胞特异性OPA1缺失会遏制前脂肪细胞的米色分化。重叠的活性M-AAA蛋白酶（OMA1）是一种位于线粒体内膜的金属蛋白酶，在OPA1的蛋白水解失活中起着重要作用。在小鼠中敲除OMA1会导致生热反应的改变。生热障碍与这些小鼠的BAT中编码线粒体融合蛋白MFN2和OPA1的基因以及线粒体裂变蛋白DRP1的表达明显下降有关。总的来说，这些数据表明，调节线粒体动态的蛋白质机制之间存在着精细的协调，裂变和融合对冷应激条件下的生热活动至关重要（图1A）。

图1. 棕色脂肪细胞中通过线粒体衍生的囊泡（MDVs）的线粒体质量控制（MQC）系统。棕色脂肪组织含有丰富的线粒体，是通过解偶联呼吸调节非颤抖性产热的生物能量中心。(A）冷暴露激活了cAMP/蛋白激酶A（PKA）介导的信号级联，通过使线粒体脱离脂滴和增加线粒体分裂来影响线粒体的动力学。同时，从脂滴中释放的游离脂肪酸满足了线粒体的生热能力。随之而来的线粒体活性氧（ROS）的大量产生导致线粒体组件的氧化损伤，这些组件必须通过精细协调的MQC系统有选择地去除，以避免产热无法进行。(B）PINK1/PARKIN介导的解偶联蛋白1（UCP1）-/PDH+ MDVs的产生参与了对受损线粒体部分的选择性清除。(C-F）MDVs遵循几种途径，包括溶酶体、过氧化物酶体和内体（C）。MDVs可以由细胞外囊泡（EVs）或内体/多囊体（MVBs）释放（D）。PINK1/PARKIN系统也参与了通过线粒体到溶酶体清除受损线粒体的工作（E）。线粒体通过分泌性自噬途径在细胞外释放而被清除，这一过程被定义为线粒体的自噬性分泌（ASM）（F）。虚线表示棕色/米色脂肪细胞中MQC的还未被研究的过程。缩写：AC, adenylate cyclase; Drp1, dynamin-related protein-1; NE, norepinephrine; OMA1, overlapping activity with M-AAA protease; sOPA1, shortened isoform of optic atrophy 1.

线粒体活性氧（mtROS）和线粒体自噬

在线粒体网络结构重组的同时，急性BAT的激活与强烈的分解代谢活动有关。UCP1依赖性呼吸也伴随着生理性的mtROS产生，它甚至高于在骨骼肌中观察到的mtROS并且其对产热的激活和进行至关重要。无论是在细胞内还是在体内，mtROS水平的提高都与细胞内硫醇氧化还原状态的改变相一致。在小鼠BAT的急性生热呼吸过程中，蛋白质硫醇和谷胱甘肽池都被氧化。mtROS的产生和硫醇池向促氧化条件的转变似乎对棕色脂肪细胞的生热活动至关重要。为了支持这一观点，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）会增强棕色脂肪细胞的生热能力，而抗氧化剂分子N-乙酰半胱氨酸会逆转这一现象。同样，线粒体靶向抗氧化剂MitoQ可以防止小鼠mtROS的升高，并导致小鼠在低温暴露下体温过低。在小鼠BAT中，脂肪细胞特异性敲除（KO）锰超氧化物歧化酶（SOD2KO）增加了线粒体质量，增强了生热潜力。为了应对生热过程中这种关键的促氧化剂挑战，并将ROS浓度维持在生理水平，BAT会上调其抗氧化防御系统酶活性，这代表了避免脂质过氧化损伤的一种尝试。然而，线粒体成分的氧化还原敏感部位在产热过程中会不可避免地受到损害，这些部位需要被选择性地清除以保持产热效率。

溶酶体是线粒体清除的主要场所，这个过程被称为 "线粒体自噬"，它通过大自噬作用清除受损的线粒体。在小鼠中点燃产热的刺激物（如寒冷、甲状腺激素（T3））与BAT中通过线粒体自噬清除线粒体的增加有关。体内比较分析报告表明，小鼠BAT的自噬通量比WAT高，在产热过程中进一步增加。通过敲除小鼠BAT中的Atg3、Atg5、Atg16L1或Atg6蛋白来限制自噬通量，将导致与ROS介导的损伤、线粒体网络紊乱和功能失调的线粒体积累有关的冷诱导产热功能受损。

丝氨酸-苏氨酸激酶PINK1激活E3泛素连接酶PRKN/Parkin，启动受损线粒体的自噬清除。PINK1的激活代表了为清除氧化损伤成分的特异性反应。一些作者利用小鼠模型表明，PINK1在急性生热刺激后被诱导激活，这种情况伴随着线粒体损伤的增加。这表明产热刺激后PINK1通过招募PRKN到线粒体的受损部分来参与MQC，以促进其清除（图1B）。与此相一致的是，棕色脂肪细胞中PINK1的特异性缺失导致产热程序的失败并获得类似白色脂肪细胞的表型。

与此相反的结果表明，在冷暴露期间，BAT的线粒体自噬被抑制，以避免去除有产热能力的线粒体。与此相一致的是，在去除产热刺激后（deacclimatation），线粒体自噬被激活以清除多余的不再需要用于产热的线粒体。通过消减Atg5/Atg12或Parkin依赖的线粒体自噬限制自噬通量，有利于维持棕色和米色脂肪细胞的生热功能。通过小鼠脂肪组织特异性的Atg7缺失抑制线粒体自噬促进SAT和BAT向棕色脂肪细胞表型的分化。线粒体自噬发挥的这种相反的作用可能取决于产热的不同阶段和/或冷暴露的时间。在急性期，线粒体自噬是必要的，以迅速清除氧化的线粒体部分。在持续的寒冷挑战中，当抗氧化反应被有效激活，线粒体的氧化损伤被缓冲时，线粒体自噬可能需要被抑制，以保持足够的线粒体质量用于产热。

线粒体衍生的囊泡（MDVs）

BAT含有极其丰富的线粒体，必须应对强烈的能量和氧化压力，以及生热过程中线粒体的大规模形态重塑。由于这个原因，可以想象，典型的线粒体自噬可能不足以维持线粒体的完整性，而其他MQC系统的激活会发生，以确保有效清除受损的线粒体成分。最近发现，MDVs的产生参与了棕色脂肪细胞线粒体稳态的维持。MDVs是小囊泡，从线粒体上出芽，并选择性地纳入线粒体的受损部分（如线粒体外膜、基质蛋白、DNA），可以被分拣到晚期内体/溶酶体进行降解或分拣到过氧化物酶体的一个亚群。最近的研究结果表明，mtROS通过PINK1/Parkin介导的机制促进MDV生物生成。用线粒体损伤剂抗霉素A处理后的事件动力学分析显示，MDVs在mtROS产生的早期阶段产生，而线粒体去极化后发生线粒体自噬 。这表明MDVs的产生代表了MQC系统的第一步，并参与了对含有氧化蛋白或脂质的线粒体去除受损部分的选择性清除，以避免损伤向整个细胞器的传播（图1C）。这一过程不依赖于自噬，正如体外数据所证明的，在没有自噬相关蛋白Atg5、Rab9或Beclin 1的情况下，MDV的依然可以生成。在棕色脂肪细胞的产热过程中，不受控制地清除整个线粒体可能是有害的。诱导线粒体生物生成的分子信号事件被迅速激活，目的是在肾上腺素刺激后保持适当的线粒体质量；然而，与此同步的MDV生成也可能发生，以促进产热，其方式是去除有产热能力线粒体的受损部分，并保持起源线粒体（originating mitochondria）的产热功能。

调节棕色脂肪细胞中MDV形成或线粒体融合/裂变的基本机制仍不清楚。似乎在棕色脂肪细胞中，MDV的生物生成是独立于DRP1介导的线粒体分裂的生热刺激。例如，抑制DRP1的活性并不能阻止MDV的形成和受损线粒体蛋白在MDV中的分选。MDVs对MQC支持或作为替代途径维持棕色脂肪细胞的生热潜力的贡献也不甚了解。最近的研究表明，线粒体应激因素，包括肾上腺素刺激，促进了携带氧化损伤的线粒体基质蛋白的MDVs的生物生成。已有研究表明，将氧化的线粒体蛋白送到溶酶体的TOM20+和PDH+MDVs，通常在心肌细胞中产生，其数量在能量压力下（即在含半乳糖的培养基中培养）会增加。同样，成熟的棕色脂肪细胞在静止状态下通过PINK1介导的机制产生PDH+MDVs，而产热诱导剂会增强这一事件。这些证据表明，在棕色脂肪细胞中，MDV的生物生成是抵御由强烈的产热作用介导的代谢压力引发的线粒体氧化损伤的第一道防线。

通过在小鼠脂肪细胞中过量表达铁蛋白建立的线粒体中的促氧化条件，促进了PARKIN介导的MDV产生。通过N-乙酰半胱氨酸或SOD2的过量表达，增强抗氧化防御能力，可明显减弱棕色脂肪细胞的MDV产生。有人认为，MDVs可能被运送到多囊体（MVBs），然后与溶酶体融合以被清除。在这种情况下，PINK1和PARKIN介导MDVs的形成，将受损的氧化线粒体货物运送到内体/MVBs进行溶酶体降解（图1C）。清除MDVs的另一种方式是将其分拣到过氧化物酶体中，但这种机制在脂肪细胞生物学的背景下还没有被研究。

重要的是，尽管在生热过程中极易被氧化，但主要的线粒体生热蛋白UCP1在MDVs中未被检测到。相反，其他线粒体蛋白在氧化修饰后被纳入MDVs（如PDHb）。因此，很可能氧化的蛋白质被分类到MDVs中，对那些氧化导致失活的蛋白质具有高度的针对性。根据这一想法，UCP1在关键半胱氨酸残基上的氧化是促进其解耦功能的一个重要事件；因此，通过MDVs对UCP1的非特异性消除可能导致产热失败。

EVs

由于MQC系统中线粒体和溶酶体之间的密切关系，广泛的线粒体压力可能造成溶酶体自噬通道受阻，从而限制了自噬对线粒体受损部分的清除。MDVs的大量产生，如线粒体上强烈的代谢压力所引发的，可以迫使MDVs通过EVs释放（图1D）。考虑到MDVs和某些EVs的大小，最初认为MDVs是直接通过质膜出泡（外体样囊泡）释放的。然而，人类间充质干细胞（MSCs）的活细胞成像显示，线粒体内容物首先被纳入LC3阳性自噬小体（mitophagosomes），然后以EVs的形式释放到细胞外（图1E，F）。相应地，当线粒体受到抗霉素A诱导的氧化应激时，受损成分会以MDV的形式穿梭到内溶酶体系统中。在自噬缺陷的细胞（ATG7 KO）中，MDV生物生成将严重受损的线粒体通过晚期内体引导至溶酶体来补偿线粒体自噬的缺陷。与通过EVs排出线粒体内容物作为自噬的替代物以保证线粒体质量相一致的是，氯喹（CQ）对溶酶体清除的抑制会诱发棕色和米色脂肪细胞中氧化损伤的线粒体蛋白的大量胞外释放。这些数据表明，EVs中的线粒体蛋白是来自内体的，很可能是通过MDV到EV的途径被排出。尽管一些作者观察到成熟的脂肪细胞通过EVs排出氧化脂质和线粒体部分，但其释放的机制及目的仍需要更深入地解析。

如前文所述，棕色脂肪细胞具有极其丰富的代谢活跃的线粒体的特异性，这些线粒体动态地调整其代谢和形态以满足产热期间的生物能量需求。在啮齿动物模型和人类中，BAT有助于EE，并从循环中摄取葡萄糖和脂质。对啮齿类动物和人类的研究表明，BAT有助于食物摄入后EE的短暂上升，即所谓的饮食诱导产热（DIT），这常常被认为是对肥胖的一种生理保护。最近，通过正电子发射断层扫描（PET）/计算机断层扫描（CT）成像，显示富含碳水化合物的膳食激活了人类的BAT产热，其程度与冷刺激相同。葡萄糖和脂蛋白脂肪酶衍生的脂肪酸在餐后状态下优先被BAT吸收和氧化，证实了该组织通过分解循环营养物质维持代谢灵活性的强大能力。持续和慢性营养过剩被认为是肥胖和T2D的致病因素。尽管这种过载最初可能导致线粒体脂肪酸氧化和ROS产生的短暂增加，但如果持续下去，可能会对BAT线粒体造成广泛的代谢压力，导致其耗竭和损伤。同时，由于高水平的营养物质和生长因子可以影响溶酶体的活性和 mitophagy 机制，因此通过EVs（图2）进行细胞外排以清除代谢压力下棕色脂肪细胞的受损成分（如线粒体的氧化部分和脂质）被认为是一种替代途径。与此假设一致的是，自噬基因（Atg3或Atg16L1）缺失的成熟脂肪细胞会积累功能失调的线粒体，并增加脂质过氧化物的胞外释放。在溶酶体清除有缺陷的脂肪细胞中也观察到类似的结果，这些脂肪细胞增加了EVs对氧化损伤的线粒体和脂质的释放。

图2. 棕色脂肪组织（BAT）在高代谢压力下线粒体质量控制（MCQ）失效的假设机制。BAT通过线粒体活动分解营养物质（葡萄糖和脂质），进化出了极大的代谢灵活性。然而，持续的营养过剩和生长激素（如肥胖、2型糖尿病）产生了高代谢压力，促进了线粒体和脂滴受损成分的不可控产生。这种代谢环境可能限制了棕色脂肪细胞的溶酶体清除能力，它通过迫使线粒体和脂质废物排出细胞外来解决这一挑战。通常致力于捕获和降解这种废物的棕色脂肪细胞周围的BAT巨噬细胞，可能变得无法执行这一功能（溶酶体活动受阻），导致MQC和产热的失败。缩写： VLDL，极低密度脂蛋白；GLUT4，4型葡萄糖转运体。

巨噬细胞作为BAT活动的守护者

单核细胞/巨噬细胞清除细胞外线粒体垃圾，以确保BAT产热

棕色脂肪细胞生理性地释放EVs，促进多种生物反应。由于骨髓细胞（如树突状细胞、巨噬细胞）具有很强的吞噬能力，它们可以吸收EVs并在受应激的棕色脂肪细胞物理隔离的环境中降解它们。据报道，巨噬细胞还能有效地清除细胞外的线粒体，维持细胞和组织的平衡。通过使用脂肪细胞特异性线粒体报告小鼠（MitoFat），已经证明常驻WAT的巨噬细胞从邻近的脂肪细胞获得线粒体。这一过程部分是由受体巨噬细胞表面的硫酸肝素（HS）分子介导的。之后产热刺激被证明能使棕色脂肪细胞通过EVs释放部分线粒体，而且BAT驻扎的巨噬细胞（bMACs）已被证明能通过CD36受体主动摄取这些EVs。小鼠体内巨噬细胞的耗竭导致BAT和腹股沟脂肪组织的生热失败，共培养实验证明，巨噬细胞的存在促进棕色脂肪细胞中UCP1的表达。此外，巨噬细胞上的HS缺失与线粒体向巨噬细胞的转移受损和对体重增加的易感性有关，但不影响小鼠的BAT质量。高脂饮食（HFD）引起的肥胖也导致内脏WAT中白色脂肪细胞向巨噬细胞的线粒体转移受损，但棕色脂肪细胞向bMACs的线粒体转移增加。因此，这些研究表明，巨噬细胞对细胞外线粒体物质的清除对脂肪细胞的生热活动至关重要，而且可能存在线粒体从脂肪细胞转移到巨噬细胞的组织特异性机制，对WAT和BAT的功能有不同的影响。

这一假设得到了数据的支持，数据显示当bMAC相关的吞噬作用有缺陷时，脂肪细胞来源的EVs在细胞外环境中积累，如果被初始或分化的脂肪细胞捕获，这种EVs会对UCP1的表达以及脂肪的形成产生负面影响。这与单核细胞/巨噬细胞的吞噬活动在BAT扩张甚至再生中的作用一致（图3A）。为了支持这一点，使用BAT扩增的遗传模型（脂肪细胞选择性Atgl缺乏的小鼠模型AdipoΔ/Δ）的命运图谱实验显示，BAT特异性和来自单核细胞的巨噬细胞的持续补充是有效的，对BAT的扩增至关重要。通过耗尽CCR2+细胞阻断单核细胞的招募，增加了冠状结构的数量，这可能是由于AdipoΔ/Δ小鼠中死亡或死亡的脂肪细胞的积累。除了线粒体部分，从脂肪细胞中释放的EVs将脂肪酸输出到细胞外。最近的研究报道了脂肪细胞释放脂质的次要途径的发生，这与充满脂质的EVs的释放有关，这些EVs成为脂肪组织巨噬细胞的脂质来源。通过单细胞RNA-seq，在小鼠和人类的肥胖模型中，已经证明了脂肪组织驻留的巨噬细胞的令人印象深刻的动态。具体来说，巨噬细胞形成了一种特殊的转录特征，其特点是与脂质代谢和吞噬作用有关的基因（即Trem2、Lipa、Lpl、Ctsb、Ctsl、Fabp4、Fabp5和Cd36）的高表达。小鼠的巨噬细胞脂质受体TREM2的基因缺失会诱发脂肪细胞肥大以及系统性高胆固醇血症、身体脂肪堆积和胰岛素抵抗。这一特征可能表明，在成熟脂肪细胞释放EV后，如在肥胖或冷暴露条件下，单核细胞/巨噬细胞通过过度表达与吞噬和脂质代谢有关的基因来清除充满脂质的EV，从而参与脂肪组织的平衡状态。这与驻扎在扩张的单核细胞/巨噬细胞以及热应激的BAT中观察到的受体CD36的表达水平增加是一致的。

图3. 单核细胞/巨噬细胞参与棕色脂肪组织（BAT）的线粒体质控系统。(A）线粒体活性氧（ROS）激活了急性冷暴露后的生热程序。线粒体ROS促进线粒体衍生囊泡（MDV）的产生和线粒体受损部分的胞外释放。在冷应激的急性阶段，棕色脂肪细胞的细胞外废物作为CD11b+/淋巴细胞抗原6C（Ly6c）高的单核细胞的螯合剂，促进炎症环境的形成。(B）持续的冷暴露可以引起抗氧化反应，限制MDV的产生，并通过M1-向M2型巨噬细胞的转化来解决炎症。在这种情况下，吞噬细胞可以释放循环因子，促进线粒体生物生成和棕色脂肪细胞增殖/分化。(B）骨髓细胞参与慢性冷暴露后脂肪组织重塑的假设机制。缩写： EV，细胞外囊泡；UCP1，解偶联蛋白1。

一些作者报道，小鼠的冷暴露使BAT中的巨噬细胞向交替激活的炎症表型（即M2样巨噬细胞）倾斜。向M2样表型的转换通常与BAT的有效产热有关，并促进棕色脂肪细胞的新生；然而，这一现象的机制仍未完全理解。Cerejo和同事提出，棕色脂肪细胞释放的C-X-C图案趋化因子配体-14（CXCL14）介导了小鼠BAT中交替激活的M2样巨噬细胞的招募。在小鼠SAT中也观察到冷暴露时M2样巨噬细胞的招募，这是由米色脂肪细胞分泌的脂肪素所介导的，突出了这些巨噬细胞在SAT中的致热作用。

一些作者提出，M2类巨噬细胞积极参与调解产热，因为它们有能力通过其酪氨酸羟化酶（TH）活性产生去甲肾上腺素。然而，这是一个非常有争议和争论的问题，因为M2类巨噬细胞似乎没有表达足够的TH以在局部产生去甲肾上腺素，因此对这种免疫细胞群直接参与产热诱导提出质疑。相反，BAT中的一些交感神经元相关巨噬细胞（SAMs）表达了导入和降解儿茶酚胺的酶机制，从而降低了BAT中的肾上腺素张力。M2极化可以在吞噬凋亡细胞后观察到，这个过程被称为胞葬作用（efferocytosis），它可以保护组织炎症并确保平衡。可以推测，线粒体和充满脂质的EVs的吞噬可能通过维持BAT产热的类似胞葬作用的反应促进M2型巨噬细胞极化。当巨噬细胞对EVs的清除发生缺陷时（如EV内化、溶酶体活动的改变），会随之诱发BAT功能的丧失。

单核细胞/巨噬细胞在BAT发育和再生中的动态变化

BAT是一种可塑性组织，在各种刺激下，特别是温度变化时，其质量和细胞组成会发生深刻的重塑。有研究表明，在寒冷的环境下，小鼠BAT中Ucp1+细胞的招募是由现有的脂肪细胞驱动的。相反，Ucp1+细胞消减后，BAT的再生是由前体细胞的新分化驱动的。组织驻留的间质细胞和免疫细胞已被广泛证明能协调组织的再生和扩张。尽管已知在BAT中，免疫和非免疫细胞之间的串扰对维持器官功能和系统代谢平衡至关重要，但免疫细胞是否在BAT的扩增和/或再生中起作用仍然未知。

新陈代谢受压的骨骼肌和心脏(如肌肉损伤、缺血再灌注)的单细胞动态的时间依赖性分析显示，巨噬细胞最初发起炎症反应，同时对肌肉和间充质干细胞发挥营养作用，而在恢复阶段，巨噬细胞转变为抗炎状态，促进干细胞分化、血管生成和基质重塑。吞噬作用通过重塑巨噬细胞的炎症状态以及清除受损细胞来缓解炎症，使组织恢复到平衡状态。以心脏和骨骼肌的再生程序为模型，可以设想，突然暴露在低温下可能引发炎症反应，包括在BAT中招募免疫细胞。此外，巨噬细胞可能参与清除从代谢受压的棕色脂肪细胞中排出的细胞废物，从而有利于从细胞前体再生（图3B）。

这一假设得到了小鼠中证据支持，即在肥胖症的遗传模型中，BAT巨噬细胞库需要单核细胞的不断补充以支持BAT的扩张。值得注意的是，在寒冷的环境中，小鼠和人类的血液单核细胞数量都在增加，反映了BAT的质量和活动。根据细胞表面标志物淋巴细胞抗原6C（Ly6C）的表达，已经描述了血液单核细胞的两个主要亚群。小鼠单核细胞一般被归类为Ly6Chi炎症性单核细胞，它们迁移到炎症部位，随后转变为Ly6Clo巡逻单核细胞（patrolling monocytes），它们通过清理碎片和促进组织再生来启动炎症的解决。与单核细胞在BAT重塑和可塑性中的作用相一致，在急性冷暴露时，CD45+/CD11b+/Ly6Chi炎症单核细胞迅速转变成CD45+/CD11b+/Ly6Clo细胞，最终分化为有利于解决的M2巨噬细胞。因此，BAT的这些免疫细胞动态可能发生在冷应激的初始阶段。由于炎症阶段的钝化可能不利于肌肉再生，我们建议重新评估BAT中单核细胞/巨噬细胞的作用。可以设想，它们不是对抗炎症，而是通过清除死亡的棕色脂肪细胞和碎片（如含线粒体的EVs，充满脂质的EVs）来防止炎症，从而使BAT发展或从细胞前体扩张。棕色脂肪细胞衍生的EVs抑制了前脂肪细胞的脂肪生成支持这一观点。交感神经系统的光遗传学激活揭示了SAMs的存在，它是通过溶质载体家族6成员2（SLC6A2）的表达清除去甲肾上腺素而控制BAT活性的细胞群。

结束语

在产热过程中，脂肪细胞线粒体受到强烈的代谢压力，mitophagy可能不足以消除受损的线粒体并维持高效的产热。最近，有人证明了受损线粒体的细胞外途径，涉及EVs的产生和巨噬细胞对其的清除。关于MQC对BAT生热功能的重要性和调节，仍有许多悬而未决的问题（见悬而未决的问题）。BAT虽然只占整个脂肪组织的一小部分，但可以通过提高EE而对代谢产生相当大的影响。在肥胖和T2D等代谢性疾病中观察到的BAT失活和退化是否取决于MQC的改变，还有待确定。巨噬细胞的免疫监视缺陷或mitophagy或向细胞外环境释放细胞碎片的系统受损，可能是导致代谢性疾病发病机制的新的致病因素。该课题研究的一个主要局限性是，啮齿类动物脂肪组织的生理结构与人类不同，小鼠模型可能不能够很好地转化为人类BAT/米脂的生理结构。关于人类BAT是否与小鼠BAT或米色脂肪最相似，仍然是一个开放的问题。对来自肥胖和T2D小鼠模型和病人的人类初级脂肪细胞和免疫细胞的实验将有助于解释BAT生热失败是否是MQC改变的结果。PINK1/Parkin系统如何触发不同的线粒体清除途径（溶酶体、过氧化物酶体或EVs），MDVs中受损货物的选择过程的可能机制是什么，以及这种信号在肥胖和T2D期间是否发生改变，都有待澄清。未来对病理条件下BAT中MQC程序的研究可以提供有趣的线索，以找到新的治疗策略来激活棕色和/或米色脂肪细胞或防止/延缓BAT退化。

悬而未决的问题

1、mitophagy、细胞外线粒体释放和巨噬细胞介导的清除在BAT中协调的信号通路是什么？

2、引导受损线粒体走向不同命运的下游信号是什么？

3、MQC和巨噬细胞介导的对受损线粒体的清除对生热米脂也至关重要吗？

4、在肥胖和T2D条件下，导致BAT线粒体生热障碍的机制是什么？

5、肥胖症和T2D的生热障碍是由于BAT中线粒体质量体系的改变吗？

6、肥胖症和T2D中的mitophagy和/或细胞外线粒体释放是否受到损害？

7、肥胖症和T2D中巨噬细胞的极化或招募信号是否受到影响？

8、肥胖和T2D期间，巨噬细胞对EVs的吞噬活性受损或mitophagy功能失调是导致BAT炎症和失活的原因吗？

9、人类BAT中的MQC情况如何？