《Cells》：Diet-Induced Amyloid Precursor Protein Dysregulation in Kidney and Adipose Tissue Mediates Mitochondrial Dysfunction
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尽管脂肪组织中淀粉样前体蛋白（APP）过表达已被公认为高脂饮食（HFD）喂养的结果之一，但其在代谢活跃器官中的作用，以及将其与全身性功能障碍联系起来的机制，仍不明确。尤其是，饮食诱导的其他组织中APP失调的可能性及其βC末端片段（βCTF）的贡献尚未得到充分表
尽管脂肪组织中淀粉样前体蛋白（APP）过表达已被公认为高脂饮食（HFD）喂养的结果之一，但其在代谢活跃器官中的作用，以及将其与全身性功能障碍联系起来的机制，仍不明确。尤其是，饮食诱导的其他组织中APP失调的可能性及其βC末端片段（βCTF）的贡献尚未得到充分表征。研究人员采用高脂饮食（HFD）小鼠模型诱导全身性代谢应激，并评估多个组织中的APP和βCTF水平。HFD触发了组织特异性反应：内脏白色脂肪组织（WAT）和皮下白色脂肪组织以及肾脏中的APP水平均升高超过2倍，而肝脏和脑组织中保持不变。内脏WAT中的βCTF水平显著升高至3倍，肾脏中亦明显升高。在这些发生应答的组织中，APP和βCTF在线粒体内蓄积，同时伴随线粒体复合体I和IV活性显著下降。补充性的体外研究证实，APP水平能够决定线粒体功能。此外，研究人员鉴定出细胞因子IL-4、IL-13、TNF-α和IL-1β可诱导APP转录，从而为饮食诱导性炎症与APP失调之间提供了机制性联系。综上，研究结果表明，APP在HFD作用下于特定外周组织中过表达，这一变化与线粒体复合体酶活性降低及细胞因子水平升高同时出现。
该研究发表于《Cells》，聚焦高脂饮食（HFD）诱导的肥胖相关代谢应激如何影响淀粉样前体蛋白（APP）的组织分布及其功能后果。APP traditionally因其在阿尔茨海默病（AD）中的核心作用而广为人知，但越来越多证据表明，APP过表达并不限于神经系统病理，在外周代谢组织中同样可能参与病理过程。既往研究已证实，在饮食诱导性肥胖（DIO）模型中，白色脂肪组织（WAT）内APP表达升高，并可错误定位至线粒体，损害线粒体蛋白输入和呼吸功能。然而，HFD是否也会在其他代谢活跃组织中引发APP失调、其淀粉样生成性裂解产物βC末端片段（βCTF）是否参与外周器官损伤，以及诱导APP上调的炎症驱动因素是什么，仍缺乏系统性研究。因此，开展本研究具有重要必要性：一方面可拓展对APP外周病理作用的认识，另一方面有助于解释肥胖状态下线粒体损伤与慢性炎症之间的分子连接机制。
研究人员围绕上述问题，系统检测了HFD小鼠多组织中的APP与βCTF水平，分析其亚细胞定位，评估线粒体电子传递链功能，并进一步在细胞模型中验证APP对线粒体功能的直接影响，最后结合细胞因子谱和转录分析探索其上游调控机制。研究结果显示，APP并非在所有组织中普遍上调，而是在内脏WAT、皮下WAT和肾脏中出现显著升高；其中βCTF在内脏WAT和肾脏中也明显积聚。更重要的是，这些蛋白主要在线粒体中富集，并伴随复合体I与复合体IV活性下降。体外过表达实验进一步证明，APP升高本身足以引起线粒体定位异常和功能障碍，而药理性降低APP则可改善复合体IV活性。研究还发现，IL-4、IL-13、TNF-α和IL-1β可直接促进APP转录，为HFD诱导炎症导致APP异常上调提供了分子依据。该研究的重要意义在于，首次较明确地将肾脏纳入HFD诱导APP失调的外周敏感器官谱系，并将APP/βCTF的线粒体蓄积与肥胖相关的线粒体功能损害联系起来，提示APP不仅是神经退行性病变相关分子，也可能是代谢性器官损伤的重要介体。
在技术方法上，研究人员首先采用雄性C57BL/6小鼠建立25周HFD诱导的DIO模型，动物来源于南非Africa Health Research Institute（AHRI），并通过体重、腹腔葡萄糖耐量试验（IPGTT）及血清代谢指标确认代谢损害。随后使用Western blot检测多组织APP与βCTF水平，结合亚细胞分馏分析线粒体与非线粒体组分中的蛋白分布，并通过线粒体复合体I、复合体IV及柠檬酸合酶（CS）活性测定评价线粒体功能。体外部分采用HEK293、APP过表达HEK细胞及3T3-L1细胞，结合共聚焦显微镜、TMRE线粒体膜电位检测、药理学降表达及qPCR分析APP与细胞因子调控关系，并利用细胞因子阵列描绘组织炎症谱。
在结果部分，论文首先以“Body Weight Gain and Metabolic Health After High-Fat Diet Exposure in C57BL/6 Mice”为题，说明HFD成功构建了肥胖及代谢异常模型。HFD组小鼠在25周干预后体重增长显著高于正常饮食组，内脏与皮下脂肪组织质量占体重比例增加，并出现葡萄糖耐量受损。血清肌酸激酶（CK）活性下降，提示肥胖相关肌肉功能减弱；肌酐升高则提示早期肾功能受损趋势。该部分为后续组织分子异常研究提供了明确的代谢病理背景。
在“APP and APP-βCTF Levels Are Elevated in Adipose and Kidney Tissues of HFD-Fed Mice”部分，研究人员通过定量Western blot发现，HFD诱导APP表达呈现显著组织特异性。内脏WAT、皮下WAT和肾脏中APP明显上调，而肝脏和全脑并未变化。这表明APP失调并非单纯由全身代谢压力普遍引起，而是取决于器官特异性应答。与此同时，约14 kDa的APP-βCTF条带在内脏WAT和肾脏中显著升高，皮下WAT虽有上升趋势但未达显著性。这一结果提示，βCTF积累并不完全取决于APP总量增加，还可能受到分泌酶活性等因素调控。
在“HFD Induces Mitochondrial Accumulation of APP and Its βCTF Fragment and Compromises Electron Transport Chain Activity”部分，研究人员进一步证明，HFD条件下APP异常升高并非均匀分布于细胞内，而是显著富集于内脏WAT、皮下WAT及肾脏的线粒体组分中，增幅超过3倍。内脏WAT和肾脏中，APP主要表现为线粒体优先定位，而非线粒体后组分并无相应增加。βCTF虽总量低于全长APP，但其在线粒体中的升高在内脏WAT和肾脏同样显著。功能上，这种线粒体蓄积与电子传递链活性下降并行出现：复合体I相对于CS的活性在上述组织中均下降，复合体IV活性降低则局限于APP升高的组织，而在肝脏和脑中未见显著改变。相关性分析进一步显示，线粒体APP水平与复合体I、IV活性下降程度呈正相关。该结果支持APP/βCTF在线粒体内积聚与肥胖相关线粒体功能损伤之间存在紧密联系。
在“APP Overexpression Is Sufficient to Disrupt Mitochondrial Function In Vitro”部分，研究人员借助HEK-APP过表达细胞模型验证因果关系。与亲本HEK293细胞相比，HEK-APP细胞中APP显著上升，且大部分新增APP分布于线粒体组分。APP-βCTF在对照细胞中难以检测，而在APP过表达细胞的全细胞、线粒体和线粒体后组分中均可见。共聚焦显微镜进一步证实，APP/βCTF与线粒体标志蛋白凋亡诱导因子（AIF）及TOM40的共定位显著增强。与此相应，HEK-APP细胞复合体IV活性下降，线粒体膜电位（ΔΨm）受损，而线粒体丰度变化较小。进一步应用phenserine降低内源性APP后，复合体IV活性得到提升。该部分有力表明，APP升高本身足以驱动线粒体错误定位并造成功能障碍，而非仅是肥胖状态下的伴随现象。
在“HFD Alters the Cytokine Profile of Adipose and Kidney Tissue”部分，研究人员分析了HFD诱导的组织炎症环境。内脏WAT出现广泛而强烈的炎症反应，18种检测细胞因子中有16种发生显著变化，其中IL-1β和IL-22升高最明显。同时，IL-4及其功能同源因子IL-13亦显著升高，提示Th2相关细胞因子可能参与脂肪组织对HFD的应答。相比之下，肾脏的炎症谱更受限，仅有IL-4、IL-13和IL-17A三种细胞因子显著升高，且另有多种细胞因子下降。这一结果说明，HFD虽可同时扰乱脂肪和肾脏的细胞因子稳态，但不同组织表现出明显不同的炎症图谱，反映其对代谢应激的时相性或组织特异性响应。
在“Cytokines That Are Upregulated After HFD Exposure Increase APP mRNA Level”部分，研究人员进一步探索炎症因子是否可直接调控APP转录。在3T3-L1前脂肪细胞中，mIL-4、TNF-α和IL-1β均可显著提高APP mRNA水平；在HEK293细胞中，hIL-4和hIL-13亦可诱导APP mRNA升高，而TGF-β
1在两种细胞中均无明显作用。该结果明确指出，IL-4/IL-13以及TNF-α、IL-1β是APP转录的直接上游调控因子，并将HFD诱导的局部炎症与APP组织特异性上调联系起来，构成论文提出机制链条的重要证据。
讨论部分强调，该研究描绘了DIO模型中APP失调的组织特异性格局，确认脂肪组织之外，肾脏也是HFD响应性外周器官。肾脏APP积累与血清肌酐升高并存，使其具有潜在病理意义。研究还指出，βCTF在线体内外周组织中的积累并非简单伴随APP增加，而可能受特定裂解调控。APP与βCTF的线粒体错误定位可能共同损伤电子传递链，构成肥胖相关线粒体病理的重要分子基础。在炎症调控层面，研究揭示WAT与肾脏具有不同炎症景观，但IL-4/IL-13这一细胞因子对在两者中均具有潜在驱动作用，从而将饮食诱导性炎症与APP失调连接起来。整体而言，论文将APP从经典神经退行性疾病分子拓展为代谢性外周器官病理中的候选介质，具有重要的跨疾病研究意义。
研究结论部分可概括为：研究结果表明，APP在DIO状态下于特定外周组织中过表达。具体而言，HFD可诱导脂肪组织，尤其是肾脏中的APP上调，并可能与早期肾功能受损相关。APP失调可能驱动线粒体功能障碍，因为APP及其具有毒性的βCTF片段在线粒体内蓄积，并与电子传递链酶活性受损同时出现。此外，研究建立了APP转录潜在细胞因子驱动因素的证据，从而将饮食诱导性炎症与APP过表达联系起来。
