在營養(yǎng)匱乏狀態(tài)下， 維持 機(jī)體能量代謝平衡依賴于復(fù)雜的適應(yīng)性調(diào)控機(jī)制。肝臟作為能量代謝的核心器官，通過動員脂肪儲備來滿足全身能量需求。這一生理過程涉及 增強(qiáng) 白色脂肪組織 的 脂解， 增加 游離脂肪酸向肝臟的輸送，以及 調(diào)節(jié) 肝臟內(nèi)脂質(zhì)氧化與儲存之間的動態(tài)平衡。在此過程中，肝臟通常會出現(xiàn)短暫的脂質(zhì)積聚，即肝臟脂肪變性，同時(shí)啟動酮體生成，為外周重要器官 供能 提 供替代 途徑 。此外，禁食還會誘導(dǎo)細(xì)胞自噬這一高度保守的分解代謝過程，其中針對脂滴降解的脂噬（ lipophagy ）在調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)含量方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。 在禁食狀態(tài)下肝臟脂質(zhì)代謝的調(diào)控機(jī)制還有待深入研究。

二甲基精氨酸二甲氨基水解酶 1 （ dimethylarginine dimethylaminohydrolase 1 ， DDAH1 ） 主要負(fù)責(zé)降解內(nèi)源 非對稱性二甲基精氨酸（ asymmetric dimethylarginine ， ADMA ） ，其在肝臟中高表達(dá)，是循環(huán) ADMA 水平的關(guān)鍵決定因子。臨床研究表明 DDAH1 過表達(dá)可降低 ADMA 水平并改善胰島素敏感性，肝細(xì)胞特異性 Ddah1 缺失會通過上調(diào) S100A11 加重高脂飲食誘導(dǎo)的肝臟脂肪變性【1】。然而， DDAH1 在以脂質(zhì)動員而非脂質(zhì) 過 載為特征的禁食代謝狀態(tài)下的功能尚不明確。

近日，中國科學(xué)院 大學(xué)陸忠兵教授 聯(lián)合北京大學(xué)第一醫(yī)院孫偉平副 教授 在 Life Metabolism 期刊發(fā)表題為Hepatocyte-specific DDAH1 regulates fasting-induced hepatic lipid metabolism via modulating FABP1 expression and AMPK/mTOR-mediated autophagy的研究論文，揭示了在禁食條件下，肝細(xì)胞特異性敲除Ddah1的小鼠并未出現(xiàn)脂肪肝加重，反而顯著減輕禁食誘導(dǎo)性肝臟脂肪變性。機(jī)制研究表明，Ddah1敲除下調(diào)了FABP1蛋白的表達(dá)，激活了AMPK信號通路，增強(qiáng)了自噬從而促進(jìn)了禁食狀態(tài)下脂滴的降解。 這一 研究 表明 DDAH1 的 功能具有營養(yǎng)狀態(tài)依賴性 ， 為 理解脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)調(diào)控提供了新思路。

原文鏈接： https://doi.org/10.1093/lifemeta/loaf042

研究團(tuán)隊(duì)首先構(gòu)建了肝細(xì)胞特異性 Ddah1 敲除小鼠（ Ddah1 HKO ），并將其與對照小鼠（ Ddah1 f/f ）置于進(jìn)食、禁食 24 小時(shí)和再進(jìn)食 6 小時(shí)的處理中。 如圖 1 所示，與對照小鼠相比，禁食后的 Ddah1 HKO 小鼠肝臟脂質(zhì)積累（通過 H&E 和 Oil Red O 染色評估）和甘油三酯（ TAG ）含量顯著降低。與此同時(shí)， Ddah1 HKO 小鼠禁食后血清非酯化脂肪酸（ NEFA ）和 β- 羥基丁酸（ BDH ）水平的升高幅度也顯著小于對照組，提示全身性的脂質(zhì)動員和肝臟酮體生成可能減弱。反之，當(dāng)在野生型小鼠肝臟中過表達(dá) DDAH1 后，禁食引起的肝脂肪變性和血清 NEFA 、 BDH 水平升高更為顯著。這些結(jié)果明確表明，肝細(xì)胞 DDAH1 是促進(jìn)禁食誘導(dǎo)肝脂質(zhì)積累的關(guān)鍵因子。

為深入解析 DDAH1 調(diào)控肝脂質(zhì)代謝的分子基礎(chǔ)，研究人員對禁食小鼠肝臟進(jìn)行了脂質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析。脂質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)顯示， Ddah1 HKO 與對照組小鼠肝臟脂質(zhì)譜存在顯著 差異 。具體而言， Ddah1 HKO 小鼠肝臟中大多數(shù)脂質(zhì) 種類 水平下降，包括甘油三酯（ TAG ）、溶血磷脂酰乙醇胺（ LPE ）、游離脂肪酸（ FFAs ）等。尤為關(guān)鍵的是，作為線粒體 β- 氧化重要底物的不飽和脂肪酸含量顯著降低，提示脂肪酸利用可能發(fā)生改變。轉(zhuǎn)錄組測序（ RNA-seq ）結(jié)果揭示了更廣泛的基因表達(dá)重編程。在 Ddah1 HKO 小鼠肝臟中，共鑒定出 2083 個(gè)差異表達(dá)基因。 KEGG 通路富集分析顯示，這些基因顯著富集于視黃醇代謝、 PPAR 信號通路、脂肪酸代謝與降解等代謝相關(guān)通路。熱圖分析進(jìn)一步表明，多個(gè)脂肪酸氧化（如 Acox1, Cpt1b, Cd36 ）及酮體生成（如 Hmgcs1/2, Acat1 ）關(guān)鍵基因的表達(dá)下調(diào)。蛋白質(zhì)印跡（ Western blot ）驗(yàn)證了相關(guān)蛋白水平的變化，證實(shí) Ddah1 缺失降低了禁食小鼠肝臟中 FAS 、 CD36 、 ACOX1 、 PPARα/γ 等關(guān)鍵脂代謝蛋白的豐度。這些多組學(xué)證據(jù)表明， Ddah1 缺失引起了肝臟脂質(zhì)代謝網(wǎng)絡(luò)的廣泛重塑。

脂肪酸結(jié)合蛋白 1 （ FABP1 ）作為肝臟中含量豐富的胞質(zhì)脂質(zhì)伴侶蛋白，在脂肪酸攝取、胞內(nèi)運(yùn)輸及細(xì)胞器靶向遞送中發(fā)揮核心作用。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)提示 Fabp1 表達(dá)下調(diào)，研究人員由此聚焦于 DDAH1 對 FABP1 的調(diào)控。蛋白質(zhì)水平分析證實(shí)， Ddah1 缺失特異性地下調(diào)了禁食狀態(tài)下（而非進(jìn)食狀態(tài)）肝臟 FABP1 的蛋白表達(dá)。相反， DDAH1 過表達(dá)則顯著上調(diào)了 FABP1 蛋白水平。在體外實(shí)驗(yàn)中，利用低糖 / 低血清培養(yǎng)基模擬禁食狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在 Ddah1 敲除的原代肝細(xì)胞或敲低的 HepG2 細(xì)胞中， FABP1 蛋白水平也顯著下降。功能層面發(fā)現(xiàn)， Ddah1 敲低顯著減弱了肝細(xì)胞對熒光標(biāo)記脂肪酸（ BODIPY-C16 ）的早期攝取能力。這些結(jié)果說明， DDAH1 通過正調(diào)控 FABP1 的表達(dá)，影響了禁食狀態(tài)下肝臟對脂肪酸的攝取效率 。為確立 FABP1 在 DDAH1 信號通路中的因果地位，研究團(tuán)隊(duì)在 Ddah1 HKO 小鼠肝臟中特異性過表達(dá)了 FABP1 。結(jié)果表明， FABP1 的回補(bǔ)有效逆轉(zhuǎn)了 Ddah1 HKO 小鼠的抗脂肪變性表型：肝臟脂質(zhì)積累、血清 NEFA 和 BDH 水平均顯著回升。該實(shí)驗(yàn)強(qiáng)有力地證明， FABP1 是 DDAH1 調(diào)控禁食期肝脂質(zhì)代謝的關(guān)鍵下游效應(yīng)分子 。

除調(diào)控脂質(zhì) “ 輸入 ” 外，肝臟還通過自噬（特別是脂噬）這一 “ 輸出 ” 途徑降解脂滴，釋放脂肪酸用于 β- 氧化 ， AMPK/mTOR 信號通路是調(diào)控自噬的核心樞紐。研究 結(jié)果表明 ， Ddah1 缺失的禁食小鼠肝臟中， AMPK 磷酸化水平顯著升高， mTOR 磷酸化水平（ p-mTOR ）降低。相應(yīng)地，自噬流標(biāo)志物 LC3-II/LC3-I 比率升高，自噬底物 p62 蛋白水平下降，表明自噬活性增強(qiáng)。反之， DDAH1 過表達(dá)則抑制了該通路及自噬流。為驗(yàn)證增強(qiáng)的自噬在表型中的因果作用，研究 人員 對 Ddah1 HKO 小鼠 使 用 AMPK 抑制劑 Compound C 處理 。干預(yù)后，自噬活性被抑制，而原本減輕的肝臟脂肪變性重現(xiàn)。這表明， DDAH1 缺失通過激活 AMPK/mTOR 通路增強(qiáng)脂噬，促進(jìn)了脂質(zhì)清除 。值得注意的是， FABP1 過表達(dá)也能抑制 Ddah1 HKO 小鼠中增強(qiáng)的 AMPK/mTOR 通路和自噬，而 AMPK 抑制卻不影響 FABP1 表達(dá) ， 這提示，在 DDAH1 下游， FABP1 位于 AMPK 的上游，共同構(gòu)成一個(gè)精細(xì)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

綜上所述， 該項(xiàng)研究系統(tǒng)闡明了肝細(xì)胞 DDAH1 在禁食代謝適應(yīng)中的新功能。研究揭示 了 禁食狀態(tài)下， DDAH1 通過上調(diào) FABP1 促進(jìn)脂肪酸的攝取與利用，同時(shí)通過抑制 AMPK/mTOR 介導(dǎo)的自噬限制脂滴的清除，共同調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)。該研究首次提出了 “DDAH1-FABP1- 自噬 ” 調(diào)控軸，深化了對于機(jī)體營養(yǎng)應(yīng)激代謝適應(yīng)機(jī)制的理解。該發(fā)現(xiàn)不僅揭示了 DDAH1 功能的 “ 營養(yǎng)狀態(tài)依賴性 ” 雙重角色，也為理解脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)調(diào)控提供了新視角。未來，針對此調(diào)控軸的特定環(huán)節(jié)進(jìn)行干預(yù)，可能為脂代謝紊亂相關(guān)疾病的防治提供新的策略思路。

原文鏈接：https://academic.oup.com/lifemeta/advance-article/doi/10.1093/lifemeta/loaf042/8369090

制版人：十一

參考文獻(xiàn)

[1] Shen X, Luo K, Yuan J, et al. Hepatic DDAH1 mitigates hepatic steatosis and insulin resistance in obese mice: Involvement of reduced S100A11 expression.ActapharmaceuticaSinicaB.Aug 2023;13(8):3352-3364.

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