2024年4月13日,安徽医科大学方皓舒团队在Nature communications发表了“Lipopolysaccharide binding protein resists hepatic oxidative stress by regulating lipid droplet homeostasis”,揭示了脂多糖结合蛋白通过调节脂滴稳态来抵抗肝脏氧化应激。
氧化应激诱导的脂质积累是由脂滴(LDs)稳态介导的,该稳态将脆弱的不饱和甘油三酯隔离为LDs,以防止进一步过氧化。作者研究结果表明脂多糖结合蛋白(LBP)的上调及其通过LD的运输,作为调节氧化应激反应中LD稳态的一种机制。慢性应激会上调LBP的表达,导致胰岛素抵抗和肥胖。作者的发现有助于理解LBP在调节LD稳态和对抗细胞过氧化损伤中的作用。这些见解可以为基于氧化还原的疗法提供发展,以减轻氧化应激诱导的代谢功能障碍。
图一 氧化应激诱导LBP在ld内的上调和定位
为了研究氧化应激条件下LDs的组成和调节变化,作者对8周龄C57BL/6J小鼠在24小时空腹前后进行了肝脏转录组学和LDs蛋白质组学分析。禁食引起肝脏应激反应,Cyp和过氧化物酶体蛋白家族上调,RPS和EIF家族下调。对肝脏转录组和LDs蛋白质组数据的整合分析揭示了7个表现出明显改变的蛋白质。作者验证了多组学数据的研究结果,发现禁食显著提高了肝脏LBP的表达水平及其对LDs的定位,表明在这种代谢应激下,LD定位的LBP表达上调。LBP表达的上调并不是脂肪酸暴露的直接结果。相反,由饥饿、过氧化氢(过氧化氢)和热休克诱导的氧化应激可以增强LBP的表达。研究结果显示,这些氧化应激不仅上调了LBP的表达,而且还导致其通过Bodipy C12转位到ld中。这些结果表明,氧化应激在调节LBP的表达和亚细胞分布中都起着关键作用。
图二 LBP的抗氧化活性
为了评估LBP依赖的LCPUFA-TG沉积的功能后果,作者进行了蛋白质组学和转录组学的综合分析。联合分析显示,LBPKI/KI组中表达上调的基因主要与TG转运和抗氧化活性相关,而表达下调的基因主要与脂解相关。为了证实LBP的抗氧化活性,观察到LBPKI/KI显著降低了16周HFD小鼠禁食24 h后肝脏中的蛋白碳基化和硝化水平,并降低了MDA水平。在HepG2细胞中过表达LBP显著降低了饥饿导致的ROS和脂质过氧化物水平。作者发现LBP通过抑制脂解来促进抗氧化活性。LBP能有效抑制饥饿和异丙肾上腺素(ISO)诱导的体外脂解。进一步的研究发现,经过ISO处理后,LBP降低了磷酸化的激素敏感性脂肪酶(P-HSL)水平,在24小时快速诱导的体内脂解也被LBP减弱。因此,LBP作为一种抗氧化剂,通过促进TG沉积和抑制脂解来减轻氧化损伤。
图三 慢性高表达的LBP可诱导肥胖
作为一种已知的代谢调节因子,LBP的持续上调会导致严重的脂肪变性。然而,目前尚不清楚LBP是否参与了对慢性压力的反应,并促进了系统性失调。作者研究了LBP在脂肪肝中的全身作用,观察到与WT和LBP−/−小鼠相比,LBPKI/KI小鼠的全身TG水平显著升高,表明肝脏TG输出增加。HFD治疗16周后,LBPKI/KI小鼠出现肥胖,脂肪细胞积累增加。此外,16周的HFD LBPKI/KI小鼠的空腹血糖和胰岛素水平较高。葡萄糖耐受性试验(GTT)和胰岛素耐受性试验(ITT)显示LBP诱导的显著胰岛素抵抗和葡萄糖耐量表型。作者进一步研究了LBP对葡萄糖代谢的影响。PAS染色显示,LBPKI/KI小鼠肝脏中糖原积累减少。BPTES过表达LBP抑制氨基酸代谢并没有显著改变代谢状态,这表明细胞主要不使用氨基酸作为能量来源。用UK5099抑制葡萄糖代谢可增强LBP过表达时的OCR,表明脂质分解代谢偏好提供能量。作者使用代谢笼实验评估了WT、LBPKI/KI和LBP−/−小鼠的呼吸交换比(RER)。比率接近1表示主要是葡萄糖代谢,而比率接近0.7表明依赖于脂肪酸代谢。结果表明,与WT和LBP−/−小鼠相比,LBPKI/KI小鼠更倾向于使用脂肪酸代谢作为能量来源。这些结果表明,肝脏LBP表达的升高与全身脂肪细胞积累、肥胖和胰岛素抵抗有关。NAC处理,有效诱导LBPKI/KI小鼠外周脂肪细胞的脂解。NAC处理3h逆转了LBPKI/KI小鼠中淀粉诱导的TG积累,并与血清游离脂肪酸(FFA)水平升高和TG水平降低相关。在LBPKI/KI、WT或LBP−/−组中,喂养小鼠含90%饱和脂肪的生酮饮食并没有导致脂肪肝或肥胖。总之,LBP表达的增加不仅导致脂肪肝,而且还导致外周脂肪的积累,从而导致肥胖。
综上所述,作者揭示了氧化应激诱导LD积累的机制。LBP作为一种抗氧化剂,与脂质代谢和氧化还原信号通路相连接,精确地维持细胞内稳态以适应氧化应激。抗氧化疗法是一种治疗由LBP引起肥胖的潜在方法。
文章来源
https://doi.org/10.1038/s41467-024-47553-5
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