JCI insight丨王玲娣/朱路/孙龙昊/常永生合作揭示线粒体到细胞质的逆向信号转导调控肝脏脂代谢的新机制

线粒体对肝脏脂质代谢调控至关重要，既介导脂肪酸氧化，同时又是脂质生物合成的关键前体“供给中心”，当线粒体脂肪酸氧化与脂质合成前体供应失调，则会导致 代谢功能障碍相关脂肪变性肝病（Metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease, MASLD） 的发生。值得注意的是，线粒体在肝脏脂质生物合成中的作用尚不明确，靶向线粒体的机制探究将为临床MASLD的治疗提供新思路。

近日，天津医科大学 王玲娣、朱路教授 团队与 孙龙昊主任、常永生教授 合作在JCI insight期刊发表一项题为 Mitochondrial retrograde signal through GCN5L1 transition mediated PPAR γ stabilization promotes MASLD development 的研究工作。该研究成果揭示了脂质过载期间一种调控关键脂质合成转录因子的线粒体逆向信号通路，阐明了线粒体在肝脏脂质合成中未被认识的新功能。

前期研究发现线粒体乙酰化调控因子GCN5L1能够特异性调控线粒体蛋白乙酰化，从而通过调控线粒体代谢、线粒体结构及下游信号传导通路发挥功能，进而参与代谢性疾病的发病过程调控。近期研究者详细阐述了GCN5L1通过调控内质网-线粒体接触点MAMs结构中的钙流复合物IP3R1-GRP75-VDAC成员GRP75的乙酰化，进而影响内质网与线粒体之间的钙流稳态，从而影响肝脏的胰岛素敏感性以及机体的糖代谢稳态（Adv. Sci. 2025）。基于此，该团队进一步聚焦GCN5L1参与的线粒体稳态调节在肝脏脂质代谢中的作用并深入探究了其中的分子机制。

本研究首先评估了MASLD患者、高脂饮食诱导的小鼠模型以及棕榈酸/油酸（ palmitic acid / oleic acid, PA/OA）诱导的细胞模型中线粒体乙酰化调控因子GCN5L1的转录水平和蛋白质水平。研究发现，MASLD模型中GCN5L1表达显著上调。值得注意的是，内源性和外源性的GCN5L1均发生明显的亚细胞定位改变。免疫印迹结果显示线粒体中的GCN5L1显著减少，胞质中的GCN5L1显著增多(图A)，同时伴有AAV-GCN5L1-myc小鼠在高脂饮食状态下肝脂增多。这些结果提示MASLD期间，胞质GCN5L1的积累与脂质沉积密切相关。

图A MASLD患者、高脂饮食小鼠和PA/OA诱导细胞模型中GCN5L1的亚细胞定位

为了阐明胞质GCN5L1的功能，研究者利用肝细胞GCN5L1特异性敲除 (LKO) 小鼠进行探究。发现在高脂饮食诱导的MASLD小鼠模型中，GCN5L1 LKO小鼠相较于对照小鼠肝脂肪变性程度降低，肝脂蓄积减少。综合前面的结果，研究者大胆假设高脂饮食状态下，线粒体GCN5L1可能通过转位到细胞质中发挥信号调控作用来恢复肝脂积累。于是向6周龄的GCN5L1 LKO小鼠尾静脉注射AAV-GCN5L1-myc。注射两周后，小鼠接受高脂饮食16周，免疫印迹证实了高脂喂养的LKO小鼠肝脏中GCN5L1-myc积聚在细胞质并显著恢复LKO小鼠的肝脂积累。这些结果表明，GCN5L1在细胞质中的定位对于高脂饮食诱导的肝脏脂肪变性至关重要。

随后研究者通过口服脂耐量、代谢笼等实验进一步明确胞质GCN5L1是通过调控脂质从头合成来影响肝脂。转录组学分析揭示PPAR γ 是GCN5L1调控肝脂代谢的关键靶点。结果显示PPAR γ 在LKO小鼠肝脏中的RNA水平没有差异，但是蛋白水平降低。于是研究者进一步评估了PPAR γ 蛋白的稳定性，结果表明内源性和外源性的PPAR γ , 在GCN5L1 KO细胞中的降解速率明显增加，同时检测到泛素化水平显著增加，加速了该蛋白通过蛋白酶体系统降解的速率。

由于乙酰化和泛素化可以竞争性结合赖氨酸残基进行翻译后修饰。基于GCN5L1已知的乙酰化调控作用，研究者推测 GCN5L1可能 通过 调节PPARγ 的 乙酰化，从而竞争性抑制相同赖氨酸残基上的泛素化 来调节其稳定性 。 结果证实在表达GCN5L1-myc细胞中， PPARγ乙酰化 水平显著增加。免疫共沉淀也验证了GCN5L1与 PPARγ 的相互作用位点主要集中在 PPARγ 的C和D结构域。随后研究者进行了两种组学的质谱分析：1）通过GCN5L1 KO细胞和对照组进行泛素化质谱分析；2）通过PAOA刺激的GCN5L1-myc细胞和对照组进行乙酰化质谱分析。质谱结果最终筛选到位于 PPARγ D结构域的K289位点(图B)。我们将K289位点突变为精氨酸(R)模拟去乙酰化，与预期相符的是K289位点突变的 PPARγ 在GCN5L1 KO细胞中的泛素化水平以及在表达GCN5L1-myc的细胞中乙酰化水平均显著降低。这些结果证明 PPARγ K289位点可以被泛素化和乙酰化竞争性修饰。

图B 泛素化/乙酰化质谱分析鉴定调控位点

随后为了在小鼠体内验证 PPARγ - K289位点不同修饰的生理功能，研究者利用AAV系统在小鼠肝脏中表达野生型 PPARγ 及其突变体。AAV病毒注射两周后，分别对小鼠进行4周的正常饮食和高脂饮食。结果表明正常饮食状态下， PPARγ 野生型表达能提高小鼠的肝脂水平，说明 PPARγ 表达量的增加会促进肝脏脂肪合成和积累。然而，高脂饮食的刺激会进一步加剧肝脂积累，这一现象在表达 PPARγ -K289R突变体的小鼠中更为明显。结果显示该表型与 PPARγ -K289R蛋白水平升高相关，且观察到其泛素化水平明显降低。以上结果均证实 PPARγ -K289位点的乙酰化对其蛋白稳定性至关重要，并在促进肝脂积累中发挥重要作用，其对于肝脂代谢的调节作用尤其在高脂饮食条件下更为显著。

综上， 该研究发现并阐明了影响脂质代谢关键因子PPAR γ 蛋白稳定性的重要修饰位点和新的调控通路，揭示了在MASLD进展过程中线粒体的逆向信号调控肝脏脂质从头合成的新机制。脂质过载情况下，GCN5L1发生线粒体向胞质的转位，胞质GCN5L1结合PPAR γ ，并通过乙酰化修饰其K289位点来竞争性抑制PPAR γ 在此位点的泛素化，从而保护PPAR γ 免受蛋白酶体介导的降解，增强了PPAR γ 的蛋白稳定性进而介导脂质合成的增加。该研究为临床MASLD治疗以及药物研发提供了新的潜在靶点和理论依据。

天津医科大学基础医学院博士研究生张嘉琪、王丹妮、唐奇奇为该论文的共同第一作者，天津医科大学王玲娣教授（基础医学院）、朱路教授（朱宪彝纪念医院/代谢病研究所）、孙龙昊主任（总医院）、常永生教授（基础医学院/眼科医院）为论文通讯作者。 天津医科大学张锴教授（基础医学院）对本研究提供了重要的帮助和支持。

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41574605/

制版人：十一

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