JCI insight丨王玲娣/朱路/孫龍昊/常永生合作揭示線粒體到細胞質的逆向信號轉導調控肝臟脂代謝的新機制

線粒體對肝臟脂質代謝調控至關重要，既介導脂肪酸氧化，同時又是脂質生物合成的關鍵前體“供給中心”，當線粒體脂肪酸氧化與脂質合成前體供應失調，則會導致 代謝功能障礙相關脂肪變性肝病（Metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease, MASLD） 的發生。值得注意的是，線粒體在肝臟脂質生物合成中的作用尚不明確，靶向線粒體的機制探究將為臨床MASLD的治療提供新思路。

近日，天津醫科大學 王玲娣、朱路教授 團隊與 孫龍昊主任、常永生教授 合作在JCI insight期刊發表一項題為 Mitochondrial retrograde signal through GCN5L1 transition mediated PPAR γ stabilization promotes MASLD development 的研究工作。該研究成果揭示了脂質過載期間一種調控關鍵脂質合成轉錄因子的線粒體逆向信號通路，闡明了線粒體在肝臟脂質合成中未被認識的新功能。

前期研究發現線粒體乙酰化調控因子GCN5L1能夠特異性調控線粒體蛋白乙酰化，從而通過調控線粒體代謝、線粒體結構及下游信號傳導通路發揮功能，進而參與代謝性疾病的發病過程調控。近期研究者詳細闡述了GCN5L1通過調控內質網-線粒體接觸點MAMs結構中的鈣流復合物IP3R1-GRP75-VDAC成員GRP75的乙酰化，進而影響內質網與線粒體之間的鈣流穩態，從而影響肝臟的胰島素敏感性以及機體的糖代謝穩態（Adv. Sci. 2025）。基于此，該團隊進一步聚焦GCN5L1參與的線粒體穩態調節在肝臟脂質代謝中的作用并深入探究了其中的分子機制。

本研究首先評估了MASLD患者、高脂飲食誘導的小鼠模型以及棕櫚酸/油酸（ palmitic acid / oleic acid, PA/OA）誘導的細胞模型中線粒體乙酰化調控因子GCN5L1的轉錄水平和蛋白質水平。研究發現，MASLD模型中GCN5L1表達顯著上調。值得注意的是，內源性和外源性的GCN5L1均發生明顯的亞細胞定位改變。免疫印跡結果顯示線粒體中的GCN5L1顯著減少，胞質中的GCN5L1顯著增多(圖A)，同時伴有AAV-GCN5L1-myc小鼠在高脂飲食狀態下肝脂增多。這些結果提示MASLD期間，胞質GCN5L1的積累與脂質沉積密切相關。

圖A MASLD患者、高脂飲食小鼠和PA/OA誘導細胞模型中GCN5L1的亞細胞定位

為了闡明胞質GCN5L1的功能，研究者利用肝細胞GCN5L1特異性敲除 (LKO) 小鼠進行探究。發現在高脂飲食誘導的MASLD小鼠模型中，GCN5L1 LKO小鼠相較于對照小鼠肝脂肪變性程度降低，肝脂蓄積減少。綜合前面的結果，研究者大膽假設高脂飲食狀態下，線粒體GCN5L1可能通過轉位到細胞質中發揮信號調控作用來恢復肝脂積累。于是向6周齡的GCN5L1 LKO小鼠尾靜脈注射AAV-GCN5L1-myc。注射兩周后，小鼠接受高脂飲食16周，免疫印跡證實了高脂喂養的LKO小鼠肝臟中GCN5L1-myc積聚在細胞質并顯著恢復LKO小鼠的肝脂積累。這些結果表明，GCN5L1在細胞質中的定位對于高脂飲食誘導的肝臟脂肪變性至關重要。

隨后研究者通過口服脂耐量、代謝籠等實驗進一步明確胞質GCN5L1是通過調控脂質從頭合成來影響肝脂。轉錄組學分析揭示PPAR γ 是GCN5L1調控肝脂代謝的關鍵靶點。結果顯示PPAR γ 在LKO小鼠肝臟中的RNA水平沒有差異，但是蛋白水平降低。于是研究者進一步評估了PPAR γ 蛋白的穩定性，結果表明內源性和外源性的PPAR γ , 在GCN5L1 KO細胞中的降解速率明顯增加，同時檢測到泛素化水平顯著增加，加速了該蛋白通過蛋白酶體系統降解的速率。

由于乙酰化和泛素化可以競爭性結合賴氨酸殘基進行翻譯后修飾。基于GCN5L1已知的乙酰化調控作用，研究者推測 GCN5L1可能 通過 調節PPARγ 的 乙酰化，從而競爭性抑制相同賴氨酸殘基上的泛素化 來調節其穩定性 。 結果證實在表達GCN5L1-myc細胞中， PPARγ乙酰化 水平顯著增加。免疫共沉淀也驗證了GCN5L1與 PPARγ 的相互作用位點主要集中在 PPARγ 的C和D結構域。隨后研究者進行了兩種組學的質譜分析：1）通過GCN5L1 KO細胞和對照組進行泛素化質譜分析；2）通過PAOA刺激的GCN5L1-myc細胞和對照組進行乙酰化質譜分析。質譜結果最終篩選到位于 PPARγ D結構域的K289位點(圖B)。我們將K289位點突變為精氨酸(R)模擬去乙酰化，與預期相符的是K289位點突變的 PPARγ 在GCN5L1 KO細胞中的泛素化水平以及在表達GCN5L1-myc的細胞中乙酰化水平均顯著降低。這些結果證明 PPARγ K289位點可以被泛素化和乙酰化競爭性修飾。

圖B 泛素化/乙酰化質譜分析鑒定調控位點

隨后為了在小鼠體內驗證 PPARγ - K289位點不同修飾的生理功能，研究者利用AAV系統在小鼠肝臟中表達野生型 PPARγ 及其突變體。AAV病毒注射兩周后，分別對小鼠進行4周的正常飲食和高脂飲食。結果表明正常飲食狀態下， PPARγ 野生型表達能提高小鼠的肝脂水平，說明 PPARγ 表達量的增加會促進肝臟脂肪合成和積累。然而，高脂飲食的刺激會進一步加劇肝脂積累，這一現象在表達 PPARγ -K289R突變體的小鼠中更為明顯。結果顯示該表型與 PPARγ -K289R蛋白水平升高相關，且觀察到其泛素化水平明顯降低。以上結果均證實 PPARγ -K289位點的乙酰化對其蛋白穩定性至關重要，并在促進肝脂積累中發揮重要作用，其對于肝脂代謝的調節作用尤其在高脂飲食條件下更為顯著。

綜上， 該研究發現并闡明了影響脂質代謝關鍵因子PPAR γ 蛋白穩定性的重要修飾位點和新的調控通路，揭示了在MASLD進展過程中線粒體的逆向信號調控肝臟脂質從頭合成的新機制。脂質過載情況下，GCN5L1發生線粒體向胞質的轉位，胞質GCN5L1結合PPAR γ ，并通過乙酰化修飾其K289位點來競爭性抑制PPAR γ 在此位點的泛素化，從而保護PPAR γ 免受蛋白酶體介導的降解，增強了PPAR γ 的蛋白穩定性進而介導脂質合成的增加。該研究為臨床MASLD治療以及藥物研發提供了新的潛在靶點和理論依據。

天津醫科大學基礎醫學院博士研究生張嘉琪、王丹妮、唐奇奇為該論文的共同第一作者，天津醫科大學王玲娣教授（基礎醫學院）、朱路教授（朱憲彝紀念醫院/代謝病研究所）、孫龍昊主任（總醫院）、常永生教授（基礎醫學院/眼科醫院）為論文通訊作者。 天津醫科大學張鍇教授（基礎醫學院）對本研究提供了重要的幫助和支持。

原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41574605/

制版人：十一

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