「研究期間，家人給予了我非常多的幫助。婆婆在疫情封城和國際航班全面禁飛之前趕到聖地亞哥幫忙照顧我剛出生的孩子，媽媽在論文返修期間過來照顧我們一家人。
很幸運的是我可以和我的先生（黃博士）討論各種科學問題，在我拿到關鍵數據但又不知如何解答時，是他建議我看看線粒體，於是才獲得了更多支持性數據，讓我在線粒體研究上越紮越深。」華中農業大學本碩校友、奧地利格拉茨技術大學博士校友、美國加州大學聖地亞哥分校博後研究員夏文敏表示。
圖 | 夏文敏（來源：夏文敏）
正是在家人以及導師的支持之下，她於前不久在 Nature Metabolism （IF 20.8）上發表了一篇論文。與此同時，她也收獲了自己的教職 offer——即將於 2024 年中入職中山大學附屬第一醫院。
據介紹， 針對肥胖如何抑制個體能量代謝這一問題，夏文敏在論文給出了一個嶄新的解答。
如今，人們愈發意識到肥胖已經是一個全球化的流行性疾病，開發更多的新藥來解決肥胖問題是全世界代謝領域科學家們的首要任務之一。
目前，全球已經有 39% 的人口被診斷患有肥胖癥，未來十年減肥藥的市場還會繼續擴大。近幾年，一些大型制藥公司開發的減肥藥（如：GLP-1 受體激動劑類）非常火爆，這些藥物在減重上的臨床表現也很亮眼。
美中不足且亟待解決的是，這類藥物因可能產生一些腸道副作用而不適合長期服用。
RalA，是細胞物質轉運、細胞增殖、細胞遷移、細胞雕亡、癌癥發生等訊號途徑的重要調節蛋白，也是本次論文的主要研究物件。
研究中，夏文敏發現 RalA 在脂肪細胞裏參與了能量代謝調控。考慮到目前市面上還沒有一款能直接透過提高線粒體活性來增加熱量消耗達到減重的藥物，她非常希望這一發現能被用於目前火熱的減肥藥研究領域。
眼下，她和同事正在測試市面上已有的 RalA 抑制劑是否在臨床前模型也具有減重的效果，已經得到的前期數據令人十分振奮，相關專利也在申請中。
透過分析他們認為：皮下脂肪細胞的 RNAseq 發現 Drp1 基因 mRNA 表達量，在肥胖個體中出現了十分顯著的增加。並且，Drp1 蛋白表達量在肥胖小鼠的白色脂肪組織中也出現了顯著增加。
此前，Drp1 調控棕色脂肪細胞的分化及產熱已有報道，但其在白色脂肪細胞中的作用還需要更多的研究。
（來源：Nature Metabolism）
為什麽敲除小鼠體重更輕？
事實上，大約 20 年前學界就已經發現在肥胖個體的脂肪細胞內，線粒體的活性下降並且形態會發生變化。
但是，當時沒有人知道這些變化的具體原因和機制，而本次研究填補了這個空白的領域。
夏文敏和同事發現：棕色脂肪組織和白色內臟脂肪組織裏的線粒體形態（主要指長度），在肥胖小鼠和體重正常小鼠之間並沒有太大的變化。而線粒體形態的變化，主要發生在皮下白色脂肪組織之內。
皮下白色脂肪組織是一類特殊的脂肪組織，它具有較強的代謝可塑性。在寒冷的刺激之下，皮下白色脂肪組織能迅速轉變成一種褐色/米色脂肪組織，後者是一種線粒體含量更豐富、能夠產生熱量的組織。
所以在肥胖的發生過程中，皮下脂肪的線粒體發生這麽劇烈的變化其實是合理的。此前，研究線粒體動態平衡領域的專家們認為：相比較短的線粒體，較長的線粒體更加具有氧化活性。
而本次研究也支持了上述理論在白色脂肪細胞中的套用。不過在棕色脂肪細胞中，上述理論仍舊存在一定爭議。這可能是由於棕色脂肪細胞裏線粒體的形態的調控更為復雜。
事實上，夏文敏等人對於線粒體變化的發現其屬意外。夏文敏的博後導師艾倫·薩爾蒂埃爾（Alan R. Saltiel）是胰島素訊號通路領域的著名專家，他原本設想利用動物模型探討 RalA 對葡糖糖吸收的作用。
基於這一目的，在獲得敲除小鼠模型的前期，夏文敏在葡萄糖代謝方向做了很多的努力，但始終沒有得到預期結果。
後來，當她開始對這些敲除小鼠進行高脂餵食後，敲除組的體重竟然比野生對照組的小鼠要輕。
為了證實這個意想不到的結果，她又分別進行了 45% 和 60% 的高脂餵食，結果得到一致的趨勢，敲除小鼠確實更輕！
為什麽敲除小鼠體重更輕？借助導師組建的 UCSD/UCLA 糖尿病研究中心平台，夏文敏和同事系統性地檢測小鼠的代謝表型，結果發現敲除小鼠的熱量消耗率增加，尤其在夜間進食期間更為明顯。
這一結果鼓舞著他們繼續探索敲除小鼠能量消耗增強的機制。線粒體是細胞內消耗熱量、產生腺嘌呤核苷三磷酸的重要胞器。
（來源：Nature Metabolism）
因此，夏文敏首先在三種脂肪組織中分析了線粒體氧化磷酸化（OXPHOS，oxidative phosphorylation）相關的蛋白的含量，結果發現敲除 RalA 的脂肪組織中 OXPHOS 復合物蛋白質含量顯著增加。
接下來，透過 Seahorse 細胞能量代謝分析儀測量了線粒體的活性，並行現 RalA 敲除細胞中線粒體的耗氧率更高，並且 RalA 敲除的原代脂肪細胞的脂肪酸氧化能力更強。
「我們還發現 RalA 敲除小鼠血液中的甘油三脂和遊離脂肪酸更少。脂肪細胞線粒體活性的增強以及血脂水平的降低，正是高脂飲食下敲除小鼠仍能維持較低程度脂肪肝的重要因素。」她說。
為了進一步探索 RalA 調控線粒體活性的機制，她和同事首先關註了兩個與線粒體活性增強有關的關鍵生物學過程：線粒體生物合成路徑和白色脂肪褐色化，全面分析了它們在皮下脂肪組織的基因表現譜。
有趣的是，RalA 的敲除並不影響以上相關基因的表達，這意味著線粒體功能的改變並非由線粒體轉錄調控驅動。
（來源：Nature Metabolism）
最後，他們使用電鏡直接觀察 RalA 敲除組織中線粒體到底發生了什麽變化。 結果發現跟對照組比較，敲除小鼠皮下脂肪組織中的線粒體更長。
這也是整個課題中最重要和最關鍵的發現，為後續機制的深入研究指明了方向。接下來，課題組專註於解析線粒體變長的原因，由此發現了 Drp1 跟 RalA 之間的聯系。
在對訊號通路的反復「解析-假設-驗證」後，他們終於把這個故事完整地拼接在一起。研究脂肪細胞最費時的環節——便是誘導前脂肪細胞分化成為脂滴滿載的成熟脂肪細胞。
如何確保每次實驗都能獲得良好的分化效率是實驗難點之一。為了提高效率夏文敏構建了來源於 Ralaflox/flox 的鼠源永生化前脂肪細胞，並篩選出了具有良好分化效率的單細胞複制。
這一實驗模型極大地擴寬了驗證實驗的靈活性和可操作性，為後續功能驗證實驗的順利開展註入了可能。
（來源：Nature Metabolism）
媒體關註度超過 99% 同期期刊
而在論文投稿中，有一位線粒體領域的審稿專家認為本次工作非常出色，機制解釋得也很完善。同時，他還建議補充免疫熒光共定位的實驗，這讓論文質素得到了進一步提升。
同時，針對夏文敏在論文中提到的細胞訊號通路的分子機制，上述審稿專家也表現出了濃厚的興趣。
後來，這位專家還在同期期刊上，攥寫了一篇點評文章，與夏文敏的論文形成了很好的補充。
另一位脂肪細胞領域的專家充分認同論文的創新性，同時建議夏文敏等人進一步解釋三種不同脂肪組織的線粒體表型的差異。
返修期間，課題組補充了大量數據，充分比較了 RalA 這個蛋白質在三種脂肪組織裏的表達模式，以及線粒體在這三種組織裏的形態差異。
論文返修中也出現了一個小插曲，有一位審稿專家認為需要透過 RNA 測序和磷酸化蛋白質組學分析，來進一步支撐對於靶點的發現。
「但是我的導師認為在已經發現的明確的靶點之後，這些大數據組學分析非但不能幫助我們回答論文中還未回答的問題，反而只會提出更多未知的，卻又難以透過實驗驗證的新問題。」夏文敏說。
期刊編輯對此也表示認同，但是這位專家還是提出了一個關鍵卻又難以操作的實驗設計，盡管如此夏文敏等人依舊透過「擺數據」，說服了這位專家。
最終，相關論文以【肥胖會導致 RalA 啟用引起的白脂肪細胞線粒體破碎和功能障礙】（Obesity causes mitochondrial fragmentation and dysfunction in white adipocytes due to RalA activation）為題發在 Nature Metabolism [1]。
夏文敏是第一作者，美國加州大學聖地亞哥分校艾倫·薩爾蒂埃爾（Alan R. Saltiel）教授擔任通訊作者。
圖 | 相關論文（來源：Nature Metabolism）
值得一提的是，本次論文除了得到審稿專家的點評之外，還得到了 Nature Review Endocrinology 期刊編輯的亮文（Research Highlight）推薦。
此外，論文上線 3 天之內，就已成為 Nature Metabolism 同期發表論文中獲得媒體關註度最高的論文。
「這一媒體關註度也超過了 99% 的同期所有學術期刊，上線僅一周已獲得約 8000 的閱讀量。
事實證明，不僅是期刊編輯和領域專家，關心科學的普通讀者對於我們的發現也都表現出濃厚興趣。」夏文敏表示。
她繼續說道：「研究初期我做出來的結果一直都不符合預想，甚至跟預想的結果相反，那段時期我的壓力非常大，但我依然非常堅信自己觀察到的結果就是事實。
但是，在沒有做出更多支持這個事實的數據之前，每次做完工作精靈師匯報之後，我感受到的是更多的失望和壓力。」
這段經歷也非常符合科學研究的一貫定律：最後做出的結果總會意外地跟初始猜想截然不同。
「因此，我很感謝導師相信了我所堅持的事實，並幫我把論文發表到代謝領域專業頂刊。
雖然多花費了幾年時間，但是鍛煉了我獨立思考和解決問題的能力。希望未來我能在獨立的科學探索生涯裏，用這份財富使更多人獲益。」她說。
（來源：Nature Metabolism）
從小城姑娘到名校老師
據介紹，夏文敏出生於湖北省鹹寧市崇陽縣，如今當初的小城姑娘即將成為名校老師。從讀本科至今，她為之奮鬥了整整 16 年。其中，在武漢讀書 7 年，出國求學 9 年。
本科時，夏文敏就讀於華中農業大學動植物檢驗檢疫專業。她說：「我們是這個專業建立以來第一屆學生，所學內容涵蓋了動物科學、動物醫學和檢驗檢疫學。
在我寫本科畢業論文期間，我的動物生物化學老師給了我很多幫助，這也是我日後選擇生物化學專業進行深造的動力之一。」
同時，她發現自己對於邏輯思考的過程非常著迷，當閱讀那些生澀的科技論文，然後總結觀點去支持實驗數據時，對她來說是一種極大的享受。
後來，她進入本校的生科院繼續讀研。其表示：「我所在的是整個生科院唯一以哺乳動物或哺乳動物細胞作為研究物件的實驗室。期間，讓我真正下定決心要出國的是一次講文獻的經歷。」
夏文敏到現在都還記得那是一篇發表在 Nature 上的論文，對於一個碩士研究生來說是非常難理解的，但是她十分著迷於那篇論文的邏輯推理過程。
「我很羨慕那位第一作者可以寫出一篇這麽漂亮的論文。直到今天我都覺得那篇論文值得反復推敲和學習，並且從中獲益。那次經歷之後，我下定決心要去到國外優秀的實驗室做出優秀的科研。」她說。
幸運的是，夏文敏第一次出國面試就收獲了 offer。在奧地利，她遇到了自己科研生涯中的第一位導師——時任奧地利格拉茨工業大學教授的朱莉安·博格納-史特勞斯（Juliane Bogner-Strauss）。
她一位非常出色的科學家，後來她本人告訴夏文敏她是第一個複制出 ATGL 基因的人。
與此同時，朱莉安也是一名成功的政治家。在夏文敏博士畢業之前，朱莉安離開學界進入政界。
而在朱莉安尚未離開之前，她幫助夏文敏申請到 2017 年奧地利馬歇爾獎學金。這個獎學金用來支持在奧地利的大學生去美國大學交流存取，也支持美國大學生來奧地利交流存取。
透過這一機會，夏文敏來到美國加州大學聖地亞哥分校交流。她說：「在美國交流期間，我的第一篇代表作順利被接收。
這篇論文發現了胰島素訊號通路中一個調控 cAMP 水平的重要蛋白-ABHD15， 此文被領域內的頂級專家參照並且高度點評。這一發現為研究胰島素如何抑制分解代謝提供了一個新的靶點。」
而在奧地利拿到博士學位之後，她又收到了加州大學聖地亞哥分校的博士後 offer，並在這裏工作至今。
未來，在夏文敏回國獨立建組之後，她仍會繼續探索皮下脂肪細胞線粒體的碎片化的調控機制，希望為盡快找到抑制肥胖的靶點做出貢獻。
參考資料：
1.Xia, W., Veeragandham, P., Cao, Y. et al. Obesity causes mitochondrial fragmentation and dysfunction in white adipocytes due to RalA activation. Nat Metab 6, 273–289 (2024). https://doi.org/10.1038/s42255-024-00978-0
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