Nat Commun丨安徽医科大学方皓舒团队揭示脂多糖结合蛋白抵抗肝脏氧化应激机制

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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