髓系β-arrestin 2耗竭通过巨噬细胞的代谢重编程减轻代谢功能障碍相关的脂肪性肝炎

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髓系 β-arrestin 2 代谢重编程 巨噬细胞 脂肪性肝炎 炎症

肝脏巨噬细胞中β-arrestin 2的缺失缓解代谢功能障碍相关的脂肪性肝炎——通过巨噬细胞的代谢重编程

背景与研究动机

代谢功能障碍相关的脂肪性肝病（MASLD）是一种全球流行的健康问题，影响着大约25%的人口。该疾病包括较轻的非酒精性脂肪肝（NAFLD）和更严重的代谢功能障碍相关的脂肪性肝炎（MASH）。MASH是MASLD的进展阶段，表现为肝脏的持久性损伤、炎症和纤维化。随着脂肪代谢异常，细胞内有毒脂质的积累导致脂肪肝细胞的应激性损伤和死亡，进而触发固有免疫反应和肝脏微环境的重塑。肝巨噬细胞（包括肝驻留的Kupffer细胞和单核来源的巨噬细胞）是肝脏中最丰富的先天免疫细胞，其活化在MASH的发展中起到了关键作用。

已有研究指出，巨噬细胞的M1极化（即促炎性状态）与MASLD的发展密切相关，而M2型巨噬细胞则与肝损伤的减轻和胰岛素敏感性的改善有关。因此，通过调节巨噬细胞M1/M2平衡来控制肝脏的炎症反应，可能成为治疗MASLD的一种有效策略。然而，目前关于巨噬细胞代谢重编程在MASLD中的作用及其调控机制仍然不清楚。β-arrestin 2（ARRB2）作为一种多功能适配蛋白，与代谢紊乱密切相关，但其是否在免疫细胞代谢和MASLD进程中发挥调控作用尚待研究。本文通过多种小鼠模型探讨了ARRB2在巨噬细胞中的作用，揭示了ARRB2在MASH中的致病机制。

研究方法与过程

本研究由Anhui Medical University和Sun Yat-sen University等多家科研机构的研究人员共同完成，2024年10月发表于《Cell Metabolism》。研究人员通过构建ARRB2敲除小鼠和特异性巨噬细胞ARRB2敲除模型（ARRB2flox/flox Lysozyme-M（Lyz2）Cre小鼠），探讨ARRB2在巨噬细胞中的作用。他们选用了多种动物模型，包括高脂饮食（HFD）、高脂高胆固醇饮食（HFHC）和缺乏胆碱的饮食（MCD）以诱导小鼠发生MASH。同时，为了进一步确认ARRB2对MASLD的影响，研究者们进行了骨髓移植实验，将ARRB2-KO骨髓细胞移植到野生型（WT）小鼠体内，观察MCD饮食对这些小鼠肝脏的影响。此外，研究团队还进行了基因组富集分析（GSEA）、代谢通路分析（KEGG）、海马代谢分析以及蛋白质组学等实验，以全面评估ARRB2对巨噬细胞代谢重编程和炎症反应的影响。

主要实验过程

  1. 整体ARRB2敲除对肝脏炎症和纤维化的影响：ARRB2-KO小鼠在HFD、MCD和HFHC饮食诱导的MASH模型中，表现出显著的体重减少、肝脏脂质积累降低、肝脏炎症反应减弱以及纤维化程度减轻。具体实验包括肝脏重量、脂肪含量、ALT和AST水平、巨噬细胞和中性粒细胞的浸润程度等指标的检测。

  2. 巨噬细胞特异性ARRB2敲除对肝脏的保护作用：通过ARRB2f/f Lyz2Cre小鼠，研究人员进一步探究了ARRB2在巨噬细胞中的特异性作用。ARRB2f/f Lyz2Cre小鼠在HFHC和MCD饮食模型中，表现出与ARRB2-KO小鼠类似的肝脏保护作用，包括体重减轻、脂肪堆积减少、ALT和AST水平降低、纤维化减轻等。骨髓移植实验同样验证了巨噬细胞ARRB2对MASH的致病作用。

  3. ARRB2对巨噬细胞M1/M2极化的影响：通过流式细胞术检测，发现ARRB2-KO小鼠的肝巨噬细胞中M1标志物显著减少，M2标志物相对增加，提示ARRB2缺失抑制了巨噬细胞的M1极化倾向。此外，通过基因表达分析和蛋白检测，ARRB2-KO巨噬细胞中促炎性细胞因子的分泌显著减少，而抗炎性因子如IL-10增加。

  4. ARRB2对巨噬细胞代谢重编程的作用：ARRB2缺失抑制了巨噬细胞的糖酵解过程，增强了线粒体氧化磷酸化（OxPhos）。实验结果显示ARRB2缺失降低了琥珀酸脱氢酶（SDH）活性，从而减少了线粒体反应性氧类物质（mtROS）的生成，进一步抑制了巨噬细胞的M1极化。

  5. ARRB2对Itaconate代谢途径的调控：ARRB2通过促进免疫响应基因1（IRG1）的泛素化，从而降低了Itaconate的生成水平。Itaconate是一种内源性抗炎代谢物，ARRB2缺失增加了Itaconate的水平，进而抑制了SDH活性，减少了mtROS的产生。

主要发现与结果

  1. ARRB2在MASLD患者肝巨噬细胞中的高表达：研究发现，ARRB2在MASLD患者肝巨噬细胞和外周血单核细胞中表达显著升高，且其表达水平与MASLD的严重程度正相关。

  2. ARRB2缺失通过代谢重编程保护肝脏：ARRB2的缺失通过促进IRG1/Itaconate通路，抑制SDH活性，减少mtROS生成，降低巨噬细胞的M1极化倾向，最终缓解了MASH的发展。

  3. ARRB2的代谢调控机制：ARRB2促进IRG1的泛素化降解，进而抑制Itaconate的生成。这一机制揭示了ARRB2作为一种多功能适配蛋白在巨噬细胞代谢调控中的关键作用。

  4. 临床相关性：在MASLD患者中，ARRB2的高表达与肝脏的脂肪变性程度、ALT和AST水平正相关，提示ARRB2可能作为MASLD严重程度的潜在生物标志物。

研究意义与应用价值

本研究揭示了巨噬细胞中特异性ARRB2在MASH发展中的致病作用，发现ARRB2通过代谢重编程和免疫调节，促进了MASH的进展。ARRB2作为IRG1的泛素化调节因子，调控了巨噬细胞的M1极化和炎症反应，为MASH的治疗提供了新的潜在靶点。此外，ARRB2的表达水平与MASLD严重程度的正相关性提示其在临床中可能作为MASLD的诊断标志物。

研究亮点与创新点

  1. 首次明确了ARRB2在巨噬细胞中通过代谢重编程调控炎症反应的机制，发现ARRB2通过抑制IRG1和Itaconate的生成，促进了M1型极化和炎症反应。
  2. 提出了ARRB2作为MASLD诊断标志物的潜在应用，ARRB2的表达水平与疾病严重程度的正相关性为临床诊断提供了依据。
  3. 验证了ARRB2的缺失在不同饮食诱导的MASH模型中的保护作用，包括高脂、高胆固醇和缺乏胆碱的饮食模型，具有广泛的适应性。

研究的局限性与未来展望

尽管本研究揭示了ARRB2通过泛素化调节IRG1和Itaconate代谢的机制，但仍然缺乏对具体E3泛素连接酶的确认。此外，该研究主要基于小鼠模型和患者的外周血样本，尚未直接在人类肝巨噬细胞中验证ARRB2对IRG1代谢信号的调控作用。此外，未来还可探索基于ARRB2缺失的巨噬细胞移植或基因编辑治疗在MASH中的潜在应用价值。

该研究为进一步研究MASLD的发病机制提供了新思路，揭示了ARRB2在巨噬细胞代谢和免疫调控中的关键作用，未来有望开发出针对ARRB2的治疗方法，为MASLD患者提供新的治疗途径。