Life Metabolism丨陸忠兵/孫偉平團隊合作揭示肝臟DDAH1在禁食狀態下調控肝臟脂質代謝新機制

在營養匱乏狀態下， 維持 機體能量代謝平衡依賴于復雜的適應性調控機制。肝臟作為能量代謝的核心器官，通過動員脂肪儲備來滿足全身能量需求。這一生理過程涉及 增強 白色脂肪組織 的 脂解， 增加 游離脂肪酸向肝臟的輸送，以及 調節 肝臟內脂質氧化與儲存之間的動態平衡。在此過程中，肝臟通常會出現短暫的脂質積聚，即肝臟脂肪變性，同時啟動酮體生成，為外周重要器官 供能 提 供替代 途徑 。此外，禁食還會誘導細胞自噬這一高度保守的分解代謝過程，其中針對脂滴降解的脂噬（ lipophagy ）在調節肝臟脂質含量方面發揮著關鍵作用。 在禁食狀態下肝臟脂質代謝的調控機制還有待深入研究。

二甲基精氨酸二甲氨基水解酶 1 （ dimethylarginine dimethylaminohydrolase 1 ， DDAH1 ） 主要負責降解內源 非對稱性二甲基精氨酸（ asymmetric dimethylarginine ， ADMA ） ，其在肝臟中高表達，是循環 ADMA 水平的關鍵決定因子。臨床研究表明 DDAH1 過表達可降低 ADMA 水平并改善胰島素敏感性，肝細胞特異性 Ddah1 缺失會通過上調 S100A11 加重高脂飲食誘導的肝臟脂肪變性【1】。然而， DDAH1 在以脂質動員而非脂質 過 載為特征的禁食代謝狀態下的功能尚不明確。

近日，中國科學院 大學陸忠兵教授 聯合北京大學第一醫院孫偉平副 教授 在 Life Metabolism 期刊發表題為Hepatocyte-specific DDAH1 regulates fasting-induced hepatic lipid metabolism via modulating FABP1 expression and AMPK/mTOR-mediated autophagy的研究論文，揭示了在禁食條件下，肝細胞特異性敲除Ddah1的小鼠并未出現脂肪肝加重，反而顯著減輕禁食誘導性肝臟脂肪變性。機制研究表明，Ddah1敲除下調了FABP1蛋白的表達，激活了AMPK信號通路，增強了自噬從而促進了禁食狀態下脂滴的降解。 這一 研究 表明 DDAH1 的 功能具有營養狀態依賴性 ， 為 理解脂質代謝穩態調控提供了新思路。

原文鏈接： https://doi.org/10.1093/lifemeta/loaf042

研究團隊首先構建了肝細胞特異性 Ddah1 敲除小鼠（ Ddah1 HKO ），并將其與對照小鼠（ Ddah1 f/f ）置于進食、禁食 24 小時和再進食 6 小時的處理中。 如圖 1 所示，與對照小鼠相比，禁食后的 Ddah1 HKO 小鼠肝臟脂質積累（通過 H&E 和 Oil Red O 染色評估）和甘油三酯（ TAG ）含量顯著降低。與此同時， Ddah1 HKO 小鼠禁食后血清非酯化脂肪酸（ NEFA ）和 β- 羥基丁酸（ BDH ）水平的升高幅度也顯著小于對照組，提示全身性的脂質動員和肝臟酮體生成可能減弱。反之，當在野生型小鼠肝臟中過表達 DDAH1 后，禁食引起的肝脂肪變性和血清 NEFA 、 BDH 水平升高更為顯著。這些結果明確表明，肝細胞 DDAH1 是促進禁食誘導肝脂質積累的關鍵因子。

為深入解析 DDAH1 調控肝脂質代謝的分子基礎，研究人員對禁食小鼠肝臟進行了脂質組學和轉錄組學分析。脂質組學數據顯示， Ddah1 HKO 與對照組小鼠肝臟脂質譜存在顯著 差異 。具體而言， Ddah1 HKO 小鼠肝臟中大多數脂質 種類 水平下降，包括甘油三酯（ TAG ）、溶血磷脂酰乙醇胺（ LPE ）、游離脂肪酸（ FFAs ）等。尤為關鍵的是，作為線粒體 β- 氧化重要底物的不飽和脂肪酸含量顯著降低，提示脂肪酸利用可能發生改變。轉錄組測序（ RNA-seq ）結果揭示了更廣泛的基因表達重編程。在 Ddah1 HKO 小鼠肝臟中，共鑒定出 2083 個差異表達基因。 KEGG 通路富集分析顯示，這些基因顯著富集于視黃醇代謝、 PPAR 信號通路、脂肪酸代謝與降解等代謝相關通路。熱圖分析進一步表明，多個脂肪酸氧化（如 Acox1, Cpt1b, Cd36 ）及酮體生成（如 Hmgcs1/2, Acat1 ）關鍵基因的表達下調。蛋白質印跡（ Western blot ）驗證了相關蛋白水平的變化，證實 Ddah1 缺失降低了禁食小鼠肝臟中 FAS 、 CD36 、 ACOX1 、 PPARα/γ 等關鍵脂代謝蛋白的豐度。這些多組學證據表明， Ddah1 缺失引起了肝臟脂質代謝網絡的廣泛重塑。

脂肪酸結合蛋白 1 （ FABP1 ）作為肝臟中含量豐富的胞質脂質伴侶蛋白，在脂肪酸攝取、胞內運輸及細胞器靶向遞送中發揮核心作用。轉錄組數據提示 Fabp1 表達下調，研究人員由此聚焦于 DDAH1 對 FABP1 的調控。蛋白質水平分析證實， Ddah1 缺失特異性地下調了禁食狀態下（而非進食狀態）肝臟 FABP1 的蛋白表達。相反， DDAH1 過表達則顯著上調了 FABP1 蛋白水平。在體外實驗中，利用低糖 / 低血清培養基模擬禁食狀態，發現在 Ddah1 敲除的原代肝細胞或敲低的 HepG2 細胞中， FABP1 蛋白水平也顯著下降。功能層面發現， Ddah1 敲低顯著減弱了肝細胞對熒光標記脂肪酸（ BODIPY-C16 ）的早期攝取能力。這些結果說明， DDAH1 通過正調控 FABP1 的表達，影響了禁食狀態下肝臟對脂肪酸的攝取效率 。為確立 FABP1 在 DDAH1 信號通路中的因果地位，研究團隊在 Ddah1 HKO 小鼠肝臟中特異性過表達了 FABP1 。結果表明， FABP1 的回補有效逆轉了 Ddah1 HKO 小鼠的抗脂肪變性表型：肝臟脂質積累、血清 NEFA 和 BDH 水平均顯著回升。該實驗強有力地證明， FABP1 是 DDAH1 調控禁食期肝脂質代謝的關鍵下游效應分子 。

除調控脂質 “ 輸入 ” 外，肝臟還通過自噬（特別是脂噬）這一 “ 輸出 ” 途徑降解脂滴，釋放脂肪酸用于 β- 氧化 ， AMPK/mTOR 信號通路是調控自噬的核心樞紐。研究 結果表明 ， Ddah1 缺失的禁食小鼠肝臟中， AMPK 磷酸化水平顯著升高， mTOR 磷酸化水平（ p-mTOR ）降低。相應地，自噬流標志物 LC3-II/LC3-I 比率升高，自噬底物 p62 蛋白水平下降，表明自噬活性增強。反之， DDAH1 過表達則抑制了該通路及自噬流。為驗證增強的自噬在表型中的因果作用，研究 人員 對 Ddah1 HKO 小鼠 使 用 AMPK 抑制劑 Compound C 處理 。干預后，自噬活性被抑制，而原本減輕的肝臟脂肪變性重現。這表明， DDAH1 缺失通過激活 AMPK/mTOR 通路增強脂噬，促進了脂質清除 。值得注意的是， FABP1 過表達也能抑制 Ddah1 HKO 小鼠中增強的 AMPK/mTOR 通路和自噬，而 AMPK 抑制卻不影響 FABP1 表達 ， 這提示，在 DDAH1 下游， FABP1 位于 AMPK 的上游，共同構成一個精細的調控網絡。

綜上所述， 該項研究系統闡明了肝細胞 DDAH1 在禁食代謝適應中的新功能。研究揭示 了 禁食狀態下， DDAH1 通過上調 FABP1 促進脂肪酸的攝取與利用，同時通過抑制 AMPK/mTOR 介導的自噬限制脂滴的清除，共同調節肝臟脂質穩態。該研究首次提出了 “DDAH1-FABP1- 自噬 ” 調控軸，深化了對于機體營養應激代謝適應機制的理解。該發現不僅揭示了 DDAH1 功能的 “ 營養狀態依賴性 ” 雙重角色，也為理解脂質代謝穩態調控提供了新視角。未來，針對此調控軸的特定環節進行干預，可能為脂代謝紊亂相關疾病的防治提供新的策略思路。

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

制版人：十一

參考文獻

[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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