肝脏mTORC1激活通过双重调控VLDL-TAG分泌和从头脂肪生成预防NASH

Activation of Liver mTORC1 Protects Against NASH via Dual Regulation of VLDL-TAG Secretion and De Novo Lipogenesis

作者信息Kahealani Uehara, Jaimarie Sostre-Colón, Matthew Gavin, Dominic Santoleri, Kelly-Ann Leonard, René L Jacobs, Paul M Titchenell
PMID35240344
发布时间2022
DOI10.1016/j.jcmgh.2022.02.015

实验完整度

研究包含多种小鼠模型(ob/ob、LMCD-HFD、GAN)及基因敲除模型,进行表型分析、功能验证(VLDL-TAG分泌、DNL)和机制验证(CCTα、FOXO1、SREBP1c),证据层级完整。

主要模型

ob/ob小鼠 LMCD-HFD喂养的C57BL6/J小鼠 GAN饮食喂养的Tsc1loxp/loxp小鼠 急性肝脏特异性TSC1敲除小鼠(L-TSC-KO)

重点核对

NASH模型中mTORC1活性降低(p-S6/总S6比值下降) L-TSC-KO小鼠通过AAV8-TBG-Cre注射实现TSC1敲除,激活mTORC1 poloxamer-407阻断脂蛋白脂肪酶检测TAG分泌速率 CCTα蛋白水平升高和PC/PE含量增加 FOXO1缺失恢复DNL基因表达和肝TAG含量

摘要

背景与目的 肝脏脂质代谢失调与非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的发生发展相关,NAFLD是一系列肝脏疾病,包括非酒精性脂肪性肝炎(NASH)。在肝脏中,胰岛素通过增加甘油三酯(TAG)合成、抑制脂肪酸氧化和通过极低密度脂蛋白增强TAG输出来控制脂质稳态。在胰岛素信号下游,雷帕霉素机制靶蛋白复合物1(mTORC1)是脂质代谢的关键调节因子。在此,我们定义了肝mTORC1活性在小鼠NASH模型中的作用,并研究了mTORC1依赖性机制,这些机制负责在NASH中保护肝脏免受损伤。 方法 利用2种啮齿动物NASH促进饮食,我们证明在NASH小鼠中肝mTORC1活性降低,而在胰岛素抵抗和良性脂肪肝条件下,mTORC1活性升高。为了测试肝mTORC1激活在小鼠NASH模型中的有益作用,我们采用了TSC1(L-TSC-KO)的急性肝脏特异性敲除模型,TSC1是mTORC1的负调节因子。 结果 L-TSC-KO小鼠免受NASH的影响,并且具有改善的NASH标志物,包括减少的脂肪变性、降低的循环转氨酶以及减少的炎症和纤维化基因表达。机制上,组成性mTORC1活性通过促进磷脂酰胆碱合成酶CCTα和增强极低密度脂蛋白-甘油三酯输出,从而保护肝脏免受炎症和纤维化。此外,mTORC1的激活通过mTORC2-AKT-FOXO-SREBP1c脂肪生成轴的负反馈保护免受肝脏脂肪变性。 结论 总的来说,本研究确定了肝脏mTORC1信号在小鼠NASH发生和进展中的保护作用,其通过脂质输出和合成的双重控制实现。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
肝mTORC1信号在NAFLD进展至NASH过程中的作用及其机制是什么?
核心机制
mTORC1激活通过促进CCTα介导的磷脂酰胆碱合成增强VLDL-TAG分泌,并通过负反馈抑制mTORC2-AKT-FOXO1-SREBP1c轴减少从头脂肪生成,双重调控脂质稳态。
主要证据
在LMCD-HFD和GAN饮食诱导的NASH小鼠模型中,mTORC1活性降低;L-TSC-KO小鼠中mTORC1激活可减少脂肪变性、炎症和纤维化,同时增加VLDL-TAG分泌并抑制脂肪生成基因表达。
研究意义
作者提出肝mTORC1信号在NAFLD发病机制中具有保护作用,为NASH治疗提供潜在新靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

NASH模型建立与mTORC1活性检测

评估在不同NAFLD/NASH小鼠模型中肝mTORC1活性的变化。

使用ob/ob小鼠、LMCD-HFD喂养30天和GAN饮食喂养30周的小鼠,通过免疫印迹检测p-S6、p-4EBP1水平,并测量VLDL-TAG分泌。

2

急性激活肝mTORC1(L-TSC-KO)预防NASH

测试组成性激活mTORC1是否保护小鼠免受饮食诱导的NASH。

Tsc1loxp/loxp小鼠注射AAV8-TBG-Cre(L-TSC-KO)或AAV8-TBG-GFP(对照),2周后喂LMCD-HFD 4周,分析肝损伤标志物、组织学、TAG含量和基因表达。

3

L-TSC-KO模型中VLDL-TAG分泌与脂质合成分析

确定mTORC1激活对VLDL-TAG分泌和从头脂肪生成的影响。

在L-TSC-KO和对照小鼠中,注射poloxamer-407测定TAG分泌速率,并检测脂肪生成基因表达(Srebp1c、Fasn、Acaca)。

4

急性激活肝mTORC1逆转已建立的NASH

测试在NASH已建立后激活mTORC1是否能改善疾病。

Tsc1loxp/loxp小鼠先喂LMCD-HFD 4周,然后注射AAV-Cre或AAV-GFP,继续喂LMCD-HFD 4周,评估纤维化、炎症基因和肝损伤。

5

GAN饮食模型中验证mTORC1激活的逆转效果

在另一种NASH模型中验证mTORC1激活的作用。

Tsc1loxp/loxp小鼠喂GAN饮食30周,然后注射AAV-Cre或AAV-GFP,继续喂6周,评估组织学和基因表达。

6

机制研究:CCTα和PC合成在mTORC1介导的VLDL-TAG分泌中的作用

确定mTORC1是否通过上调CCTα来促进VLDL-TAG分泌。

在L-TSC-KO和对照小鼠中检测CCTα蛋白水平、PC/PE含量,并使用L-CCTα-KO和L-CCTαTSC-DKO小鼠评估CCTα缺失对TAG分泌和肝脂质的影响。

7

机制研究:FOXO1缺失对L-TSC-KO小鼠脂肪生成和纤维化的影响

确定FOXO1是否介导mTORC1对脂肪生成的抑制作用。

Foxo1loxp/loxpTsc1loxp/loxp小鼠注射AAV-Cre(L-FOXOTSC-DKO)或GFP对照,检测基因表达、肝TAG和纤维化标志物。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
AAV8-TBG-Cre----
LMCD-HFDResearch DietsA06071309
GAN饮食Research DietsD09100310
L-氨基酸饮食(45%千卡脂肪,0.1%蛋氨酸,无补充胆碱)Research Diets--
标准饲料LabDiet5010
泊洛沙姆407----
Infinity甘油三酯检测试剂盒Thermo ScientificTR22421
超灵敏大鼠胰岛素ELISA试剂盒Crystal Chem, Inc--
IDEXX VetTEST生化分析仪IDEXX--
p-Akt抗体Cell Signaling Technology4060
Akt2抗体Cell Signaling Technology2964
p-S6抗体Cell Signaling Technology2215
S6抗体Cell Signaling Technology2217
p-4E-BP1抗体Cell Signaling Technology236B4
4E-BP1抗体Cell Signaling Technology9452
Tsc1抗体Cell Signaling Technology6935
CCTα抗体Cell Signaling Technology6931
IGFBP1抗体Santa Cruzsc-6000
p62抗体Cell Signaling Technology5114
HSP90抗体Cell Signaling Technology4874
磷酸酶抑制剂混合物2和3Sigma-Aldrich--
cOmplete蛋白酶抑制剂混合物Roche--
Mini-PROTEAN TGX预制凝胶Bio-Rad--
RNeasy Plus试剂盒Qiagen--
直接红80Sigma365548
固绿FCFAbcamab146267

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
小鼠品系、年龄、性别(雄性)、遗传背景(C57BL/6),AAV注射剂量(1.0×10^11基因组拷贝)
阅读提示:Methods: Animal Experiments
饮食诱导
LMCD-HFD成分(45% kcal脂肪,0.1%蛋氨酸,无胆碱)、GAN饮食成分(40% kcal脂肪,20% kcal果糖,2%胆固醇),喂养时间
阅读提示:Methods: Animal Experiments 和 Figure legends
VLDL-TAG分泌测定
poloxamer-407剂量(1 mg/kg)、禁食时间(4小时)、测量时间点
阅读提示:Methods: In Vivo Triglyceride Secretion
代谢分析
禁食/再喂养方案(16小时禁食,4小时再喂养)、胰岛素和葡萄糖测量
阅读提示:Methods: Metabolic Measurements
分子分析
抗体、蛋白质提取缓冲液、凝胶电泳条件
阅读提示:Methods: Immunoblots