NF1调控的活性氧物种影响Kupffer细胞对MASH的易感性

肝胆系统 医学 细胞生物学 生物化学 生命科学 免疫学
活性氧物种 NF1 Kupffer细胞 铁稳态 铁死亡 MASH 脂质过氧化

NCF1调控活性氧在Kupffer细胞内的铁死亡易感性及其对MASH的影响

引言

代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD），原称非酒精性脂肪肝病（NAFLD），在全球范围内的流行率高达25.2%，是成人和儿童慢性肝病的主要原因之一。MASLD包括一系列肝脏的组织病理学异常，从单纯性脂肪变性到代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH），后者是一种炎症性疾病，可能进一步发展为肝硬化、肝细胞癌（HCC）和终末期肝病。目前，尚无批准的药物疗法治疗MASH。因此，深入了解MASH的病理机制，对于开发有效的治疗手段至关重要。

研究背景与目的

最近，研究表明自我维持的Kupffer细胞（KCs）在MASH中受损。增加的KCs死亡会逐渐产生单核细胞来源的巨噬细胞（MoMcs），以补充KCs库。这些新的巨噬细胞展示出与KCs截然不同的转录组景观，并表现出更显著的炎症特征。研究表明，氧化应激是脂肪变性向MASH恶化的重要因素之一。中性粒细胞胞质因子1（NCF1）是关键的氧化应激调节器，其多态性与多种慢性炎症性自身免疫疾病的易感性相关。然而，NCF1是否及如何在饮食诱导的MASH中调节氧化反应和炎症尚不清楚。进一步，明确哪种细胞类型在MASH中发挥NCF1的致病功能具有重要的临床意义。

研究机构与发表信息

本文由来自于西安交通大学的多个研究所和医院的研究者们，包括Jing Zhang, Yu Wang, Meiyang Fan, Liesu Meng等共同研究，并于2024年8月6日发表在《Cell Metabolism》（DOI：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2024.05.008）。

研究方法与流程

实验流程

研究采用以下流程：

  1. NCF1基因表达分析

    • 使用流式细胞术分析MASH小鼠的肝脏细胞，检测NCF1表达情况。

  2. 表型研究

    • 使用野生型（WT）小鼠、NCF1小鼠和特异性在CD68+巨噬细胞中表达NCF1的转基因小鼠（NCF1.NCF1tg-CD68）进行研究，分别在不同饮食条件（缺甲硫氨酸/胆碱饮食和高脂饮食）下饲养，检测其肝功能指标和组织学改变。

  3. 铁水平和活性氧（ROS）的测定

    • 使用Phen Green SK探针和Ferritin抗体，通过流式细胞术检测不同小鼠肝脏KCs和MoMcs中的铁含量及脂质过氧化水平。

  4. 铁死亡抑制剂实验

    • 通过注射铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1），评估其对小鼠MASH症状和铁死亡的影响。

  5. 细胞共培养实验

    • 建立Kupffer细胞与肝细胞的共培养系统，研究PA刺激下巨噬细胞分泌的条件培养基（CM）对肝细胞产生Hepcidin的调控以及对KCs铁沉积的影响。

数据分析与算法

使用RNA测序分析，结合流式细胞术数据，通过多种统计学方法对基因表达、蛋白水平和生物标志物进行了分析和对比。

研究结果

  1. NCF1表达及其影响

    • 发现NCF1主要在Kupffer细胞（KCs）和单核细胞来源的巨噬细胞（MoMcs）中表达，MASH小鼠肝脏中NCF1显著上调。

  2. 表型变化

    • NCF1*突变小鼠表现出较轻的脂肪变性、炎症反应和纤维化症状，而在CD68+巨噬细胞中恢复NCF1表达后，这些指标再次恶化，证明了巨噬细胞表达的NCF1对MASH病情的加重作用。

  3. KCs和MoMcs的铁水平和脂质过氧化

    • 研究发现，MASH小鼠的KCs中铁水平升高，但在NCF1*突变小鼠中显著降低。通过检测脂质过氧化产物，确定NCF1促进了KCs铁死亡（Ferroptosis）的发生。

  4. 铁死亡抑制剂的效果

    • Ferrostatin-1（Fer-1）可显著改善MASH小鼠的肝功能，减轻肝脏炎症和纤维化，并减少KCs中的铁沉积和脂质过氧化，证实铁死亡在MASH中的关键作用。

  5. OxPLs和Hepcidin的关联系统

    • 研究显示，NCF1通过增加KCs中ROS生成，从而促进氧化磷脂（OxPLs）的形成。这些OxPLs作为信使，激活肝细胞中的Toll样受体4（TLR4），进而增加Hepcidin的产生，导致KCs的铁沉积和铁死亡。

结论

本研究通过揭示巨噬细胞中NCF1的作用，阐明了Kupffer细胞在MASH中的铁死亡机制。NCF1通过增加氧化磷脂（OxPLs）的生成，激活肝细胞中的TLR4途径，从而促进Hepcidin的产生，最终导致Kupffer细胞的铁沉积和铁死亡。研究结果暗示，针对NCF1和上述信号通路的治疗策略可能为MASH患者提供新的治疗方向。

研究亮点与价值

  1. 重要发现

    • 首次揭示了NCF1在MASH中，通过促进Kupffer细胞铁死亡的具体机制，为MASH的病理研究提供了新的视角。

  2. 治疗潜力

    • 研究表明，NCF1及其相关信号通路可能成为改善Kupffer细胞命运和限制MASH进展的潜在治疗靶点。

  3. 理论创新

    • 研究提出了OxPLs通过激活TLR4-Hepcidin轴促进铁沉积和铁死亡的“恶性循环”理论，为未来的MASH治疗提供了重要理论依据。

  4. 方法创新

    • 创新性地使用了多种小鼠模型和细胞共培养系统，详细阐明了巨噬细胞NCF1对MASH的作用机制，并验证了主要信号通路的关键角色。

通过这些发现，研究为进一步理解MASH的发病机制，及其相关治疗方法的开发奠定了重要基础。