转酮醇酶通过限制肌苷诱导的线粒体活性促进MAFLD

2024-08-13 Tue
背景介绍代谢功能紊乱相关脂肪性肝病（MAFLD），是一种全球范围内高发的慢性肝病，其患病率约为25%。尤其在肥胖和2型糖尿病人群中，MAFLD的发病率更高。MAFLD是一种复杂的系统性疾病，病程可从代谢功能相关单纯性脂肪肝（MAFL）进展到代谢功能相关脂肪性肝炎（MASH），并进一步发展为肝纤维化和肝细胞癌等严重病理状态。虽然一些药物如过氧化物酶体增殖激活受体（PPAR）激动剂、法尼醇X受体（FXR）激动剂、胰岛素增敏剂和胰高血糖素样肽1（GLP-1）类似物已进入临床试验阶段，但MAFLD目前仍无有效的被批准的治疗手段，因此，迫切需要寻找新的治疗途径。
本研究旨在探究胰岛素是否通过调节肝脏转酮糖酶（TKT）的表达来影响MAFLD的进展，并寻找潜在的治疗策略。TKT是戊糖磷酸途径中的关键酶，它在碳骨架重排和核苷酸合成中发挥重要作用。
论文来源本文由Lingfeng Tong等学者撰写，作者团队包括来自上海交通大学医学院、生物化学与分子细胞生物学系等多个机构的研究人员。文章发表于2024年5月7日的《Cell Metabolism》学术期刊。
研究详细过程a. 研究流程该研究通过代谢组学和蛋白质组学分析，发现人类和小鼠MAFLD肝脏中TKT表达显著上调。实验分为几大步骤，包括对健康和MAFLD患者及小鼠肝脏样本的代谢和蛋白质组学分析，构建小鼠肝特异TKT过表达和敲除模型，以及利用代谢通量分析和脂质组学分析来深入研究TKT对MALFD进展的影响。此外，还使用GalNAc-siRNAs靶向性抑制肝脏中TKT的表达，评估其在小鼠MAFLD模型中的治疗效果。
实验具体步骤：代谢组学和蛋白质组学分析：
对健康人和MAFLD患者的肝脏代谢物进行分析，重点关注戊糖磷酸途径（PPP）。
发现PPP中的非氧化还原途径酶-转酮糖酶（TKT）在MAFLD肝脏中的表达尤为显著。进一步通过Western blot和qPCR验证TKT在MAFLD中的上调情况。
小鼠模型构建：
构建肝特异TKT过表达和敲除小鼠模型，通过腺病毒介导的基因转移系统在小鼠肝内特异过表达TKT。
通过高脂饮食诱导小鼠MAFLD模型，观察TKT过表达对肝脏脂肪变性、肝脏和血清三酰甘油（TG）水平及肝酶水平的影响。
代谢通量分析：
使用标记葡萄糖和核苷酸，分析TKT对核苷酸衍生戊糖进入糖酵解途径的影响。
发现TKT缺失阻碍了核苷酸衍生戊糖进入糖酵解，这导致细胞内戊糖和核苷酸的积累，最终增加了肝内肌醇的水平。
脂质组学分析：
对TKT缺失和正常的小鼠肝脏样本进行脂质组学分析，发现TKT缺失显著上调了磷脂酰胆碱（PC）合成，PC 是线粒体膜中最丰富的磷脂之一。
通过对照实验进一步验证了在小鼠肝细胞中，TKT缺失通过增强CDP-胆碱途径来增加PC合成，从而促进线粒体功能和数量。
GalNAc-siRNAs治疗策略：
使用特异性靶向肝脏的GalNAc-siRNA抑制TKT表达，通过皮下注射形式给药。
发现GalNAc-siRNA能够有效降低小鼠肝脏中TKT的水平，从而减轻MAFLD和MASH病程，减缓肝脂肪变性和纤维化。
b. 研究结果代谢和蛋白质组学分析：
发现非氧化PPP中的关键酶TKT在MAFLD肝脏中显著上调，与健康对照组相比，MAFLD患者和小鼠肝脏中TKT mRNA和蛋白水平显著上升。
小鼠模型实验同样显示，喂养高脂饮食的小鼠肝脏中TKT水平上升，并伴随着肝脂肪变性和TG水平升高。
功能分析：
TKT过表达与TKT缺失的功能对比研究表明，TKT过表达加剧MAFL的进展，而TKT缺失有助于缓解MAFLD。
代谢通量分析证实了TKT在戊糖磷酸途径中的关键作用，TKT缺失阻碍了核苷衍生戊糖进入糖酵解。
脂质分析：
脂质组学分析发现，TKT缺失上调了PC的合成，而PC对线粒体膜功能至关重要。
进一步实验表明，通过增强CDP-胆碱途径，TKT缺失显著改善了小鼠肝细胞中的线粒体功能，包括线粒体膜电位、ATP生成和氧气消耗率（OCR）的增加。
治疗效果：
GalNAc-siRNA靶向TKT有效降低了小鼠肝脏中的TKT水平，在高脂饮食和MCD饮食诱导的MAFLD模型中改善了病理特征，包括降低肝脏和血清TG、TC、ALT和AST水平，并减轻了肝脏脂肪变性和纤维化。
结论与意义该研究首次揭示了胰岛素通过调节TKT表达来影响MAFLD进程的机制，TKT作为戊糖磷酸途径中的关键酶，通过调控核苷代谢来抑制线粒体功能。研究发现靶向TKT表达的GalNAc-siRNA在小鼠MAFLD模型中表现出显著的治疗效果，提供了一种有前景的治疗MAFLD的新策略。
研究亮点机制揭示：本文发现胰岛素通过INR-CEBPA通路上调肝脏TKT表达，从而影响核苷代谢和线粒体功能，这为MAFLD的发病机制提供了新的理论基础。
治疗策略：利用GalNAc-siRNA靶向抑制TKT，在小鼠模型中实现了对MAFLD的显著治疗效果，这为未来MAFLD的临床治疗提供了新的思路。
实验设计：研究设计严谨，通过多项实验验证了TKT在MAFLD中的关键作用，从代谢组学、蛋白质组学到动物模型，全面揭示了TKT对肝脏代谢和功能的调控作用。
引用文献的进一步探讨通过引用文献了解抗氧化剂、脂质代谢调节剂以及其他代谢通路的研究进展，可以为进一步治疗MAFLD提供参考。如Friedman等人（2018）和Younossi等人（2018）的工作，为理解MAFLD的机制提供了宝贵线索。因此，结合本文的研究成果，将有助于推动MAFLD的基础研究和临床转化。
结语本研究通过确定TKT在MAFLD中的重要作用，提出了一种新的治疗策略，极具学术价值和临床应用前景。未来的研究应继续深入探讨TKT在不同病理状态中的具体机制，并进一步验证GalNAc-siRNA治疗的安全性和有效性。