肥胖已经成为世界范围内危害人类健康的疾病之一,是引起胰岛素抵抗、II型糖尿病和脂肪肝的主要因素。肥胖伴随着脂肪组织体积增大,脂肪组织的体积是由甘油三脂的合成和降解之间的平衡决定的。肥胖和II型糖尿病患者通常伴随着白色脂肪组织中线粒体功能和线粒体DNA含量下降。肥胖小鼠模型,包括ob/ob、db/db和高脂饲喂小鼠,也表现为白色脂肪组织中线粒体功能降低。然而,线粒体功能异常与肥胖、胰岛素抵抗、糖尿病及伴随的代谢异常之间的关系还不清楚,相互之间的因果关系还未阐明。为了探索原发性线粒体功能异常对脂肪细胞及机体能量平衡的影响,本研究首次制备了脂肪组织特异性三羧酸循环关键酶-延胡索酸水合酶(Fumarate Hydratase,FH)敲除(AFHKO)小鼠,并通过系统研究取得了以下结果:1.成功制备了AFHKO小鼠。本研究通过Adipoq-Cre/Lox P系统获得了AFHKO鼠,该小鼠能够正常存活、出生率符合孟德尔遗传定律,白色和棕色脂肪组织中FH mRNA水平、蛋白水平和酶活均显著下降,并且FH在其他组织中表达正常,这些结果说明FH基因只在脂肪组织中被敲除了。2.FH敲除引起线粒体功能紊乱。FH基因敲除引起脂肪组织线粒体超微结构改变,表现为线粒体肿胀、嵴散乱排列且数量减少,脂肪组织内ATP水平显著下降;在AFHKO小鼠白色脂肪组织中,线粒体DNA、柠檬酸合成酶活性、三羧酸循环和氧化磷酸化关键基因表达均显著升高,然而以上指标在棕色脂肪组织中显著下降。3.AFHKO小鼠抵抗年龄和高脂饮食诱导的肥胖和胰岛素抵抗。正常日粮饲喂条件下,AFHKO雄鼠和雌鼠都表现为肥胖抵抗,从13周开始体重增加缓慢、5月龄后体重基本保持一致;高脂日粮饲喂情况下,AFHKO小鼠同样表现为肥胖抵抗;DEXA结果表明体重的差异源于AFHKO小鼠脂肪量少于对照组;形态学结果表明,AFHKO小鼠白色脂肪细胞直径小于对照组,棕色脂肪细胞为单脂滴、白色脂肪细胞样形态、细胞直径大于对照组;正常日粮饲喂10月龄和高脂日粮饲喂5月龄AFHKO小鼠均表现为胰岛素敏感、葡萄糖耐受;10月龄AFHKO小鼠骨骼肌中Akt ser473磷酸化水平高于对照组;血液生理指标表明,AFHKO小鼠Insulin、Leptin、TG、NEFA水平都显著低于对照组,但Adiponectin水平也下降了,Western blot检测结果显示AFHKO小鼠脂肪组织中Adiponectin的Succination水平显著升高;Real-time PCR结果显示,AFHKO小鼠白色脂肪组织中葡萄糖利用、脂质代谢相关基因表达升高,然而在棕色脂肪组织中却下降了;白色脂肪组织中部分炎症反应相关基因表达水平也升高了。4.FH基因敲除引起引起小鼠适应性产热受损。在4oC寒冷环境中,在自由采食情况下,AFHKO小鼠能够维持体温,但在禁食情况下维持体温能力下降;在室温、禁食48 h后AFHKO小鼠体温显著低于对照组小鼠;AFHKO小鼠棕色脂肪组织产热关键因子表达水平检测结果显示,UCP1 mRNA表达水平为对照组的5.3%,ARβ3 mRNA表达水平显著下降,UCP1蛋白表达消失了;饥饿和CL-316,243刺激下的脂解检测结果表明AFHKO小鼠脂解能力正常。5.AFHKO小鼠抵抗脂肪肝。肝脏组织形态学和理化检测结果表明,高脂日粮饲喂5月龄和正常日粮饲喂10月龄AFHKO小鼠肝脏形态学正常、肝脏重量和脂质累积显著低于对照组小鼠;间接测热结果显示,AFHKO小鼠耗氧量、二氧化碳释放量和能量消耗有高于对照组的趋势。6.降低脂肪细胞内能量抑制TG合成。分离AFHKO小鼠成熟白色脂肪细胞,用同位素14C标记的葡萄糖作为底物,测定TG的合成能力,结果表明,AFHKO小鼠白色脂肪细胞在基础和胰岛素刺激的情况下TG合成能力均显著低于对照组;使用三种不同的线粒体呼吸链抑制剂分别处理正常白色脂肪细胞,发现呼吸链抑制剂能够显著抑制细胞内ATP,同时也显著抑制了TG合成,而且ATP水平的抑制与TG合成下降之间显著相关,揭示降低细胞内ATP水平能够抑制TG合成。本研究通过Adipoq-Cre/Loxp系统首次成功构建了脂肪组织特异性FH敲除鼠,并以此为模型研究了FH敲除引起的脂肪组织原发性线粒体功能紊乱对脂肪组织和机体能量代谢的影响。脂肪组织FH敲除引起的ATP水平下降,降低了白色脂肪细胞内TG合成,导致了AFHKO小鼠脂肪组织量小于对照组的表型,AFHKO敲除鼠并没有表现为肥胖,反而表现为抵抗肥胖、胰岛素敏感和肝脏功能正常。本研究为进一步全面理解脂肪组织线粒体功能紊乱与肥胖及相关代谢病发生之间的因果关系提供了新的理论依据,也为肥胖病的治疗提供了新的思路和靶点。