中国农大新闻网讯 近日，中国农业大学食品科学与营养工程学院黄昆仑教授、贺晓云副教授与首都医科大学附属北京地坛医院合作在国际期刊《肝脏病学》（Hepatology）发表了题为“线粒体丙酮酸载体 1 调节脂肪酸合成酶乳酸化修饰并介导非酒精性脂肪肝治疗”（Mitochondrial pyruvate carrier 1 regulates fatty acid synthase lactylation and mediates treatment of nonalcoholic fatty liver disease）的研究论文。

该研究发现MPC1的表达与非酒精性脂肪肝患者的肝脏脂质沉积呈正相关，MPC1敲除可以有效减轻高脂饮食诱导的肝脏脂质积累，并进一步发现MPC1 可以通过调节肝细胞中的乳酸水平影响脂肪酸合成酶（FASN）的乳酸化修饰并抑制FASN活性，从而下调肝细胞的从头脂肪生成，减缓非酒精性脂肪肝病的发展。

近年来，伴随着全球肥胖人数的激增，以代谢紊乱为主要病理机制的代谢综合征以及多种相关的代谢性疾病的全球患病率逐年提升，其中，非酒精性脂肪肝病（NAFLD）成为威胁人类肝脏健康的重要疾病。在NAFLD的病程中，从头脂肪合成（DNL）的异常激活被认为是肝脏脂质积累的重要机制。因此，通过调控DNL进程以减轻NAFLD中的肝脏脂质沉积和脂肪变性是NAFLD治疗领域的研究热点。

线粒体丙酮酸载体（MPC）是一种重要的功能性载体蛋白，位于线粒体内膜上。它由两个亚基组成，两个亚基的生理功能都是将糖酵解产生的丙酮酸运送到线粒体中，用于下游代谢过程，如三羧酸循环。前期研究显示，MPC可以调控肝脏、脂肪组织和心脏等器官和组织的代谢水平，并与肥胖、糖尿病和癌症等多种疾病有关。有趣的是，小鼠肝脏特异性MPC1敲除可以有效减轻肝脏糖异生，并改善高脂饮食诱导的小鼠肝脏炎症和纤维化。考虑到这些与非酒精性脂肪肝密切相关的因素，靶向 MPC1 可能是一种有效的非酒精性脂肪肝治疗方法。

在这项研究中，为了探索MPC1是否与非酒精性脂肪肝有关，作者首先对43例非酒精性脂肪肝患者和7例正常肝脏患者的肝脏切片进行了MPC1免疫组化。与正常人相比，NAFLD（NAS≤4）和NASH（NAS≥5）患者的MPC1表达明显增加。相关性分析表明， MPC1的表达与非酒精性脂肪肝患者脂肪变性的程度和百分比显著相关。

图1 NAFLD中脂肪变性与MPC1表达量的相关性分析

MPC1表达量与脂肪变性的相关性提示了通过降低MPC1表达量改善NAFLD中的脂质沉积和脂肪变性的可能性。在此基础上，作者建立了一个MPC1杂合性敲除小鼠模型（MPC1^+/-）并给予18周高脂饮食 (HFD) 喂养。与野生型小鼠相比，HFD 喂养的 MPC1^+/- 小鼠的肝脏脏器系数显著降低，H&E 染色也显示MPC1敲除改善了肥胖小鼠的肝脏脂质沉积。作者进一步探讨MPC1基因敲除改善肝脏脂质沉积的分子机制，并通过MPC1敲低肝细胞蛋白质组学发现，大多数脂质代谢通路上的关键蛋白在细胞中的表达未受MPC1敲低的影响。这些结果证实， MPC1抑制可以调控肝脏脂质代谢并减轻肥胖引起的肝脏脂质沉积，但是这种调控作用与脂质代谢通路中的基因和蛋白表达调控无关。

图2 MPC1敲除改善肝脏脂质积累但不影响脂质代谢通路的蛋白表达

由于MPC1是直接参与代谢进程的转运载体，作者进一步推测MPC1对肝脏脂质代谢的调控可能与代谢物有关。血清代谢组学发现MPC1 基因敲除导致血清乳酸水平显著升高，而这提示了MPC1通过新型的翻译后修饰乳酸化修饰参与代谢调控的可能。肝脏乳酸化蛋白质组学显示，在MPC1敲除后，小鼠肝脏的乳酸化修饰水平发生显著性的变化。在差异乳酸化修饰蛋白中，作者关注到FASN的三个乳酸化位点（K528、K673和K1071）的乳酸化修是水平在MPC1敲除后出现提升。考虑到FASN在脂肪酸合成代谢中的重要作用，作者猜测FASN的乳酸化修饰可能是MPC1调控肝脏脂质代谢的关键。

图3 MPC1敲除导致的肝脏蛋白质乳酸化修饰差异

接下来，该研究针对FASN乳酸化修饰对于其酶活性及肝脏脂质代谢的调控进行了探究。通过修饰位点突变发现，FASN的乳酸化修饰导致FASN的活性降低，并减轻OAPA诱导的肝细胞脂质积累。作者进一步比较了三个乳酸化修饰位点附近 FASN 蛋白序列，并发现K528 和K673 附近的序列具有人鼠同源性。528和673位点位于FASN的MAT亚基中，其中，673位点更接近MAT亚基的活性位点。通过修饰位点的单一点突变，作者进一步证实K673位点的乳酸化修饰对于FASN活性的影响最大，并结合MPC抑制剂UK5099和乳酸脱氢酶抑制剂（GSK2837808A）进一步验证了MPC1通过FASN乳酸化修饰调控细胞脂质代谢，减轻肝细胞脂质沉积的重要机制。

图4 FASN的K673位点乳酸化影响FASN活性并调控脂质合成

在本研究中，作者发现MPC1可能通过乳酸影响肝脏蛋白的乳酸化修饰。然而前期研究显示，乳酸作为重要的代谢产物与NAFLD中的炎症激活相关。因此，作者探索了MPC1敲除对肝脏炎症的影响并发现，MPC1敲除并不会引起肝脏的炎症水平提升。进一步的研究发现，MPC1敲除可能通过巨噬细胞极化及线粒体保护作用平衡肝脏的炎症水平。

图5 本文图文摘要

该研究由中国农业大学食品科学与营养工程学院黄昆仑教授和贺晓云副教授及北京地坛医院王琦副研究员共同指导完成，食品科学与营养工程学院2020级硕博连读生高如心及北京地坛医院李越为论文共同第一作者。该工作受到中国农业大学 2115 人才培养计划的支持。