肥胖破坏垂体-肝脏UPR通讯导致NAFLD进展

肝胆系统 内分泌科 胃肠系统 医学 细胞生物学 生物化学 生命科学
肥胖 垂体 非酒精性脂肪性肝病 未折叠蛋白质反应 内分泌输出

肥胖破坏垂体-肝脏UPR通讯导致NAFLD进展

肥胖干扰垂体-肝脏UPR通信导致NAFLD进展

背景与研究目的

近年来，非酒精性脂肪肝病（NAFLD）的发病率显著上升。研究表明，肥胖作为NAFLD的主要风险因素，通过影响全身的激素、炎症和代谢平衡，破坏了肝脏的免疫-代谢稳态。然而，关于肥胖对垂体自身稳态的影响以及其在NAFLD进展中的具体机制仍不清楚。鉴于垂体是一个关键的内分泌器官，在系统性的激素、炎症、代谢和能量稳态中发挥重要作用，作者们认为肥胖对垂体的影响可能会进一步加剧NAFLD的发展。因此，本文旨在探索肥胖如何影响垂体的未折叠蛋白反应（UPR），以及这种影响如何引发肝脏UPR缺陷，最终导致NAFLD的进展。

研究来源与作者信息

本文题为”Obesity disrupts the pituitary-hepatic upr communication leading to nafld progression”，由Qingwen Qian, Mark Li, Zeyuan Zhang等人撰写，并于2024年7月2日发表于《Cell Metabolism》。主要作者来自美国的University of Iowa Carver College of Medicine, University of South Carolina, University of Kansas Medical Center, Harvard T.H. School of Public Health等一流研究机构。

研究方法与步骤

研究流程

  1. RNA测序分析：利用RNA测序（RNA-seq）手段，分析了正常饮食和高脂饮食（HFD）下的瘦小鼠和肥胖小鼠在禁食和重新喂食条件下的垂体转录组变化。结果显示，正常小鼠的重新喂食显著改变了垂体转录组，而在HFD小鼠中，这种变化显著减弱。

  2. 免疫荧光分析：通过免疫荧光（IF）分析，对比了瘦小鼠和肥胖小鼠垂体中的Ire1a和Xbp1蛋白表达水平。结果表明，肥胖显著抑制了垂体中的Ire1a和Xbp1表达，但未影响其他UPR分支如Perk。

  3. 人类样本分析：进一步通过RNA测序和IF分析，验证了肥胖患者与瘦患者垂体中IRE1a和XBP1的表达差异，结果一致显示肥胖抑制了垂体UPR信号通路。

  4. ER应激测量：通过ATF6LD-cLUC分泌报告基因和UPRE-LUC报告基因，测量肥胖对垂体ER功能的影响。结果表明，肥胖增加了ER应激（介导ATF6LD-cLUC分泌增加），但抑制了适应性UPR（UPRE活性下降）。

  5. 单细胞RNA测序分析：对瘦小鼠和肥胖小鼠的垂体进行单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析，结果显示肥胖未显著改变垂体前叶细胞组成，但增加了巨噬细胞浸润和促炎症巨噬细胞相关的基因表达。

  6. 实验干预：通过克鲁千酸钠（Clodronate）急性清除肥胖小鼠的垂体巨噬细胞，检测其对垂体UPR信号通路和激素分泌的影响。结果显示，巨噬细胞清除显著提高了肥胖小鼠的垂体XBP1和sXBP1表达，改善了激素分泌。

实验与数据分析

  1. 垂体与肝脏UPR实验：通过生成垂体IRE1a敲除小鼠模型（Ire1 Pko），研究垂体IRE1对NAFLD进展的作用。RNA-seq分析显示，垂体IRE1a缺陷显著下调肝脏纤维化和脂肪变性相关基因的表达。

  2. 肝脏组织学分析：通过油红O染色和肝脏三酰甘油（TG）含量测定，结果显示垂体IRE1a缺陷增加了小鼠肝脏脂肪变性和TG含量。

  3. 激素与代谢功能测试：评估垂体IRE1缺陷对小鼠全身代谢水平、能量消耗和激素分泌的影响。发现IRE1缺陷小鼠表现出增加的脂肪量和减少的能量消耗，并且其肝脏功能显著受损。

  4. 鼠肝脏特异性THRB激动剂治疗：使用肝脏特异性甲状腺受体β（THRB）激动剂MGL-3196治疗肥胖小鼠，结果显示该治疗显著改善了肥胖小鼠的葡萄糖不耐受和肝脏脂肪变性。

  5. sXBP1过表达实验：通过腺病毒介导过表达肝脏sXBP1在IRE1 Pko小鼠内，结果表明，肝脏sXBP1过表达显著改善了这些小鼠的系统葡萄糖稳态和肝脏脂肪变性。

研究结果与意义

主要结果

  1. 肥胖显著抑制了垂体的Ire1a-Xbp1 UPR信号通路。
  2. 在肥胖和人类肥胖患者的垂体中，UPR信号通路相关基因表达显著下调。
  3. 巨噬细胞浸润和促炎症基因显著增加。
  4. Ire1缺陷导致垂体激素分泌功能下降，扰乱了系统性甲状腺激素（TH）稳态，进而引发生理性和肝脏病理变化。

研究结论

肥胖会通过抑制垂体UPR信号，中断垂体-肝脏UPR通信，从而加剧NAFLD的进展。通过治疗性的恢复垂体和肝脏中的UPR信号，比如用MGL-3196激活肝脏THRB，可以显著改善肥胖相关的代谢障碍。因此，针对垂体UPR功能的策略可能成为一种新的治疗途径，有望缓解包括NAFLD在内的肥胖相关代谢疾病。

研究亮点

  1. 首次揭示了肥胖对垂体UPR信号通路的影响及其在NAFLD进展中的关键作用。
  2. 提出了一个新的跨器官UPR通信机制，强调了垂体激素在调节肝脏UPR中的重要调节作用。
  3. 通过多种创新实验方法和模型，系统性验证了肥胖中断垂体-肝脏UPR通信的分子机制。

研究价值

这项研究不仅对理解肥胖与NAFLD的病理机制提供了新的视角，还为开发新的医疗干预手段提供了科学依据。通过改善垂体和肝脏UPR通路功能，可以潜在地减轻和逆转肥胖相关的代谢疾病的进展。

附加信息

作者在文章中还详细描述了研究中使用的实验方法，包括RNA测序、免疫荧光、单细胞RNA测序、电子显微镜等技术，确保了数据的可靠性和研究结果的可信度。研究得到了多个科学基金和机构的支持，并且所有作者声明不存在利益冲突，保证了研究的公正性和科学性。