Life Metabolism丨陆忠兵/孙伟平团队合作揭示肝脏DDAH1在禁食状态下调控肝脏脂质代谢新机制

在营养匮乏状态下， 维持 机体能量代谢平衡依赖于复杂的适应性调控机制。肝脏作为能量代谢的核心器官，通过动员脂肪储备来满足全身能量需求。这一生理过程涉及 增强 白色脂肪组织 的 脂解， 增加 游离脂肪酸向肝脏的输送，以及 调节 肝脏内脂质氧化与储存之间的动态平衡。在此过程中，肝脏通常会出现短暂的脂质积聚，即肝脏脂肪变性，同时启动酮体生成，为外周重要器官 供能 提 供替代 途径 。此外，禁食还会诱导细胞自噬这一高度保守的分解代谢过程，其中针对脂滴降解的脂噬（ lipophagy ）在调节肝脏脂质含量方面发挥着关键作用。 在禁食状态下肝脏脂质代谢的调控机制还有待深入研究。

二甲基精氨酸二甲氨基水解酶 1 （ dimethylarginine dimethylaminohydrolase 1 ， DDAH1 ） 主要负责降解内源 非对称性二甲基精氨酸（ asymmetric dimethylarginine ， ADMA ） ，其在肝脏中高表达，是循环 ADMA 水平的关键决定因子。临床研究表明 DDAH1 过表达可降低 ADMA 水平并改善胰岛素敏感性，肝细胞特异性 Ddah1 缺失会通过上调 S100A11 加重高脂饮食诱导的肝脏脂肪变性【1】。然而， DDAH1 在以脂质动员而非脂质 过 载为特征的禁食代谢状态下的功能尚不明确。

近日，中国科学院 大学陆忠兵教授 联合北京大学第一医院孙伟平副 教授 在 Life Metabolism 期刊发表题为Hepatocyte-specific DDAH1 regulates fasting-induced hepatic lipid metabolism via modulating FABP1 expression and AMPK/mTOR-mediated autophagy的研究论文，揭示了在禁食条件下，肝细胞特异性敲除Ddah1的小鼠并未出现脂肪肝加重，反而显著减轻禁食诱导性肝脏脂肪变性。机制研究表明，Ddah1敲除下调了FABP1蛋白的表达，激活了AMPK信号通路，增强了自噬从而促进了禁食状态下脂滴的降解。 这一 研究 表明 DDAH1 的 功能具有营养状态依赖性 ， 为 理解脂质代谢稳态调控提供了新思路。

原文链接： https://doi.org/10.1093/lifemeta/loaf042

研究团队首先构建了肝细胞特异性 Ddah1 敲除小鼠（ Ddah1 HKO ），并将其与对照小鼠（ Ddah1 f/f ）置于进食、禁食 24 小时和再进食 6 小时的处理中。 如图 1 所示，与对照小鼠相比，禁食后的 Ddah1 HKO 小鼠肝脏脂质积累（通过 H&E 和 Oil Red O 染色评估）和甘油三酯（ TAG ）含量显著降低。与此同时， Ddah1 HKO 小鼠禁食后血清非酯化脂肪酸（ NEFA ）和 β- 羟基丁酸（ BDH ）水平的升高幅度也显著小于对照组，提示全身性的脂质动员和肝脏酮体生成可能减弱。反之，当在野生型小鼠肝脏中过表达 DDAH1 后，禁食引起的肝脂肪变性和血清 NEFA 、 BDH 水平升高更为显著。这些结果明确表明，肝细胞 DDAH1 是促进禁食诱导肝脂质积累的关键因子。

为深入解析 DDAH1 调控肝脂质代谢的分子基础，研究人员对禁食小鼠肝脏进行了脂质组学和转录组学分析。脂质组学数据显示， Ddah1 HKO 与对照组小鼠肝脏脂质谱存在显著 差异 。具体而言， Ddah1 HKO 小鼠肝脏中大多数脂质 种类 水平下降，包括甘油三酯（ TAG ）、溶血磷脂酰乙醇胺（ LPE ）、游离脂肪酸（ FFAs ）等。尤为关键的是，作为线粒体 β- 氧化重要底物的不饱和脂肪酸含量显著降低，提示脂肪酸利用可能发生改变。转录组测序（ RNA-seq ）结果揭示了更广泛的基因表达重编程。在 Ddah1 HKO 小鼠肝脏中，共鉴定出 2083 个差异表达基因。 KEGG 通路富集分析显示，这些基因显著富集于视黄醇代谢、 PPAR 信号通路、脂肪酸代谢与降解等代谢相关通路。热图分析进一步表明，多个脂肪酸氧化（如 Acox1, Cpt1b, Cd36 ）及酮体生成（如 Hmgcs1/2, Acat1 ）关键基因的表达下调。蛋白质印迹（ Western blot ）验证了相关蛋白水平的变化，证实 Ddah1 缺失降低了禁食小鼠肝脏中 FAS 、 CD36 、 ACOX1 、 PPARα/γ 等关键脂代谢蛋白的丰度。这些多组学证据表明， Ddah1 缺失引起了肝脏脂质代谢网络的广泛重塑。

脂肪酸结合蛋白 1 （ FABP1 ）作为肝脏中含量丰富的胞质脂质伴侣蛋白，在脂肪酸摄取、胞内运输及细胞器靶向递送中发挥核心作用。转录组数据提示 Fabp1 表达下调，研究人员由此聚焦于 DDAH1 对 FABP1 的调控。蛋白质水平分析证实， Ddah1 缺失特异性地下调了禁食状态下（而非进食状态）肝脏 FABP1 的蛋白表达。相反， DDAH1 过表达则显著上调了 FABP1 蛋白水平。在体外实验中，利用低糖 / 低血清培养基模拟禁食状态，发现在 Ddah1 敲除的原代肝细胞或敲低的 HepG2 细胞中， FABP1 蛋白水平也显著下降。功能层面发现， Ddah1 敲低显著减弱了肝细胞对荧光标记脂肪酸（ BODIPY-C16 ）的早期摄取能力。这些结果说明， DDAH1 通过正调控 FABP1 的表达，影响了禁食状态下肝脏对脂肪酸的摄取效率 。为确立 FABP1 在 DDAH1 信号通路中的因果地位，研究团队在 Ddah1 HKO 小鼠肝脏中特异性过表达了 FABP1 。结果表明， FABP1 的回补有效逆转了 Ddah1 HKO 小鼠的抗脂肪变性表型：肝脏脂质积累、血清 NEFA 和 BDH 水平均显著回升。该实验强有力地证明， FABP1 是 DDAH1 调控禁食期肝脂质代谢的关键下游效应分子 。

除调控脂质 “ 输入 ” 外，肝脏还通过自噬（特别是脂噬）这一 “ 输出 ” 途径降解脂滴，释放脂肪酸用于 β- 氧化 ， AMPK/mTOR 信号通路是调控自噬的核心枢纽。研究 结果表明 ， Ddah1 缺失的禁食小鼠肝脏中， AMPK 磷酸化水平显著升高， mTOR 磷酸化水平（ p-mTOR ）降低。相应地，自噬流标志物 LC3-II/LC3-I 比率升高，自噬底物 p62 蛋白水平下降，表明自噬活性增强。反之， DDAH1 过表达则抑制了该通路及自噬流。为验证增强的自噬在表型中的因果作用，研究 人员 对 Ddah1 HKO 小鼠 使 用 AMPK 抑制剂 Compound C 处理 。干预后，自噬活性被抑制，而原本减轻的肝脏脂肪变性重现。这表明， DDAH1 缺失通过激活 AMPK/mTOR 通路增强脂噬，促进了脂质清除 。值得注意的是， FABP1 过表达也能抑制 Ddah1 HKO 小鼠中增强的 AMPK/mTOR 通路和自噬，而 AMPK 抑制却不影响 FABP1 表达 ， 这提示，在 DDAH1 下游， FABP1 位于 AMPK 的上游，共同构成一个精细的调控网络。

综上所述， 该项研究系统阐明了肝细胞 DDAH1 在禁食代谢适应中的新功能。研究揭示 了 禁食状态下， DDAH1 通过上调 FABP1 促进脂肪酸的摄取与利用，同时通过抑制 AMPK/mTOR 介导的自噬限制脂滴的清除，共同调节肝脏脂质稳态。该研究首次提出了 “DDAH1-FABP1- 自噬 ” 调控轴，深化了对于机体营养应激代谢适应机制的理解。该发现不仅揭示了 DDAH1 功能的 “ 营养状态依赖性 ” 双重角色，也为理解脂质代谢稳态调控提供了新视角。未来，针对此调控轴的特定环节进行干预，可能为脂代谢紊乱相关疾病的防治提供新的策略思路。

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

制版人：十一

参考文献

[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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