摘要：小开放阅读框（small open reading frames，smORF）编码的微蛋白在各种生物过程中起着至关重要的作用，但它们在脂肪细胞生物学中的功能很大程度上仍未被探索。在之前的一项研究中，研究者利用核糖体分析在小鼠基质血管部分的白色和棕色脂肪细胞中发
小开放阅读框（small open reading frames，smORF）编码的微蛋白在各种生物过程中起着至关重要的作用，但它们在脂肪细胞生物学中的功能很大程度上仍未被探索。在之前的一项研究中，研究者利用核糖体分析在小鼠基质血管部分的白色和棕色脂肪细胞中发现了数千个smORF。在这篇文章里，研究者通过使用体外3T3-L1前脂肪细胞模型识别与脂肪细胞相关的其他smORF来扩展这项工作。为了系统地研究这些smorf的功能相关性，研究者设计了一个定制的CRISPR/Cas9单导RNA （single guide RNA，sgRNA）文库，筛选影响脂肪细胞增殖和分化的smORF。通过dropout筛选和荧光辅助的脂滴细胞分选，确定了数十种调节细胞增殖或脂质积累的smorf。
功能基因的5 ' -和3 ' -非翻译区（即上游smORF（upstream smORFs，uORF）和下游smORF (downstream smORFs，dORF)）上的smORF可以通过主ORF对这些mRNA的顺式调控作用（ cis-regulatory effect）发挥活性，如MDM2中影响增殖的smORF。然而其他smORF，特别是那些来自没有其他ORF的mRNA的smORF，指向功能性微蛋白。研究者测试了来自长链非编码RNA （long noncoding RNA）923011K14Rik的候选smORF 1183，并证明该微蛋白调节脂肪细胞分化。这些发现突出了基于CRISPR/ cas9的筛选发现功能性smORF的潜力，并为进一步探索脂肪细胞生物学和代谢调节中的微蛋白提供了框架。
过去30年中，全球人群肥胖率迅速增加，肥胖、超重已经成为影响人类健康的重要疾病因素之一。肥胖不仅只是带来形体上的改变，更与2型糖尿病、心血管疾病、慢性肾病和癌症等其他疾病的发生有关。当下，GLP-1类药物已经为体重控制带来了全新治疗选择，但仍有一些患者对该药物不敏感，或在停药后迅速反弹。因此，科学家也在探索更多的肥胖治疗策略。
近年来，一种名为微蛋白（microproteins）的小型蛋白质引起了研究人员的广泛关注。这些由小开放阅读框（smORFs）编码的微蛋白在多种生物过程中发挥着关键作用。最近，一项发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上的研究利用CRISPR/Cas9技术，揭示了微蛋白在脂肪细胞增殖和脂质代谢中的重要作用，为肥胖治疗提供了新的研究方向。
微蛋白是一类小型蛋白质，通常长度不超过100个氨基酸。过去，这些smORFs被认为是由基因组随机组装产生的“噪音”，属于“垃圾”DNA的范畴，因此并没有受到太多研究关注。不过，随着分析技术的进步，已经有研究提示这些微蛋白具有多种多样的作用，包括调节DNA修复、参与线粒体功能和细胞增殖等。
为了系统地研究微蛋白在脂肪细胞生物学中的作用，研究团队设计了一项CRISPR-Cas9筛选实验。他们首先通过核糖体分析技术，在小鼠的脂肪细胞中鉴定了上千个潜在的smORFs。随后，研究团队构建了一个定制的CRISPR-Cas9单导RNA（sgRNA）文库，靶向这些smORFs，并筛选出影响脂肪细胞增殖或脂质积累的smORFs。
▲研究筛选示意图（图片来源：参考资料[1]）
实验结果显示，许多smORFs在脂肪细胞的增殖和分化过程中起着关键作用。例如，研究人员发现一些smORFs可能通过顺式调控机制影响主开放阅读框（ORF）的翻译，从而间接调节细胞功能。此外，他们还鉴定了一些独立编码功能性微蛋白的smORFs，这些微蛋白直接参与脂肪细胞的脂质代谢。
图片来源：123RF
研究者通过实验进一步缩小了筛选范围，最终列出了38种可能参与脂肪细胞分化过程中脂滴形成（这表明脂肪储存增加）的微蛋白。研究人员验证了一种名为Adipocyte-smORF-1183的微蛋白，它由小鼠特有的长链非编码RNA（lncRNA）编码，能够显著影响脂肪细胞的分化和脂滴形成。当敲除这一微蛋白时，脂肪细胞中的脂滴积累减少了约50%。
此外，研究还发现一些微蛋白可能通过分泌作用影响全身代谢。例如，一些含有信号肽的微蛋白可能被分泌到细胞外，用于调节食欲和能量摄入发挥减肥作用，作用方式类似于目前广泛使用的GLP-1受体激动剂。未来，针对这些分泌性微蛋白的研究或许能催生新一代代谢调节药物。
参考资料：
[1] Victor J. Pai et al, CRISPR–Cas9 screening reveals microproteins regulating adipocyte proliferation and lipid metabolism, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2506534122
来源：医学顾事
