肝再生增强因子巴豆酰化协助线粒体-内质网接触以减轻肝脏脂肪变性

Augmenter of Liver Regeneration Crotonylation Assists in Mitochondria-ER Contact to Alleviate Hepatic Steatosis

作者信息Xiao-Lin Wang, Jia-Hao He, Ping Xie, Yuan Wu, Ling-Yue Dong, Wei An
PMID39647663
发布时间2025
DOI10.1016/j.jcmgh.2024.101436

实验完整度

包含患者样本(MASLD肝组织)、小鼠模型(WD喂养、AAV介导过表达)、细胞模型(HepG2脂质蓄积模型)多个证据层级,并进行了功能验证和机制验证(Co-IP、透射电镜、线粒体功能检测等)。

主要模型

MASLD患者肝组织 Western diet喂养的C57BL/6J小鼠 HepG2细胞脂质蓄积模型 AAV-ALR或AAV-ALRK78R转染的WD喂养小鼠

重点核对

ALR K78位点巴豆酰化修饰水平(通过Co-IP和NaCr处理验证) HDAC1/2和KAT8表达水平及其对ALR巴豆酰化的调控 ALR与MFN2的相互作用(Co-IP) 线粒体-内质网接触距离(透射电镜)

摘要

背景与目的:巴豆酰化(Kcr)是一种新发现的翻译后修饰,已被确认参与多种生物过程和人类疾病。代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MASLD)对人类健康构成严重威胁。肝再生增强因子(ALR)是一种重要的肝脏调节蛋白,据报道ALR表达不足可加速肝脏脂肪变性进展为肝纤维化甚至肝细胞癌(HCC)。然而,ALR巴豆酰化失调与MASLD发病机制之间的联系仍 largely 未知。方法:采用人类MASLD肝脏样本和西方饮食(WD)喂养的小鼠肝脏样本检测Kcr水平。评估了与ALR-Kcr修饰相关的线粒体功能和线粒体-内质网相互作用(MAM)对肝细胞脂质代谢的影响,包括体内和体外实验。结果:MASLD患者和WD小鼠肝脏样本中,整体蛋白质巴豆酰化(Kcr)以及ALR-Kcr显著降低。组蛋白去乙酰化酶1/2(HDAC1/2)和赖氨酸乙酰转移酶8(KAT8)被鉴定负责调节ALR-Kcr,该修饰发生在赖氨酸78(K78)位点。ALR巴豆酰化减少可能与HDAC1/2和KAT8表达失衡有关,从而抑制其与MFN2的相互作用,扩大MAM距离,损害线粒体脂质代谢,进而加重肝脏脂肪变性。结论:ALR巴豆酰化不足可能是导致MASLD发病的关键机制之一。维持ALR巴豆酰化水平将有益于MASLD的预防和治疗。

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
ALR巴豆酰化失调是否以及如何参与MASLD的发病机制?
核心机制
ALR在K78位点的巴豆酰化促进其与MFN2结合,维持线粒体-内质网接触(MAM)稳态;ALR K78巴豆酰化缺失削弱其与MFN2的相互作用,导致MAM距离增大,线粒体功能受损,进而加重肝脏脂质沉积和MASLD进展。
主要证据
MASLD患者和WD小鼠肝脏中ALR巴豆酰化水平降低;HDAC1/2和KAT8调控ALR巴豆酰化;K78R突变降低ALR巴豆酰化,减弱与MFN2的相互作用,增加MAM距离,损害线粒体功能(ROS升高、SOD降低、ATP减少、MMP下降),加重脂质蓄积(体内外实验)。
研究意义
研究揭示了ALR巴豆酰化在MASLD中的作用,并提出了一个潜在的治疗靶点。

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

检测MASLD中整体蛋白巴豆酰化水平

探究MASLD中蛋白巴豆酰化修饰是否改变。

对MASLD患者(Grade 2/3)和健康人肝组织、WD喂养小鼠(4/8/12周)和正常饮食小鼠肝组织、以及HepG2细胞OA/PA处理模型,通过IHC、Western blot和免疫荧光检测整体巴豆酰化水平。

2

鉴定ALR巴豆酰化及其调控酶

验证ALR是否发生巴豆酰化,并鉴定调控ALR巴豆酰化的酶。

利用Co-IP检测ALR巴豆酰化;结合质谱和文献预测HDAC1/2和KAT8为候选酶,并通过Co-IP和免疫荧光验证相互作用;过表达或敲低HDAC1/2或KAT8,以及使用抑制剂TSA和MG149处理,检测ALR巴豆酰化变化。

3

验证ALR巴豆酰化对肝细胞脂质沉积的影响

探究ALR巴豆酰化水平变化是否影响肝细胞脂质蓄积。

在HepG2细胞脂质蓄积模型中,通过过表达或敲低HDAC1/2和KAT8来改变ALR巴豆酰化,或转染ALRWT和ALRK78R,检测脂质沉积(ORO染色)和TG含量。

4

确定ALR巴豆酰化关键位点

确定ALR巴豆酰化的关键赖氨酸残基。

构建ALR的9个赖氨酸位点突变体(K78R等),通过Co-IP检测突变体巴豆酰化水平;用NaCr处理ALRWT和ALRK78R检测巴豆酰化;检测ALRK78R的线粒体定位和脂质蓄积影响。

5

评估ALRK78R对线粒体结构和功能的影响

探究ALR K78位点巴豆酰化缺失对线粒体形态和功能的影响。

在HepG2细胞脂质蓄积模型中,比较转染ALRWT和ALRK78R的线粒体形态(激光共聚焦)、ROS含量、SOD活性、ATP合成、线粒体呼吸链蛋白表达和线粒体膜电位(JC-1)。

6

研究ALRK78R对ALR与MFN2相互作用及MAM的影响

探究ALR巴豆酰化缺失是否影响ALR与MFN2的结合及线粒体-内质网接触。

通过Co-IP检测ALR与MFN2的相互作用,包括内源性和外源性;在WD小鼠和细胞模型中检测ALR-MFN2相互作用;比较ALRWT和ALRK78R突变体与MFN2的结合;通过激光共聚焦检测线粒体和ER的共定位,透射电镜检测MAM距离。

7

在MASLD小鼠模型中验证ALRK78R的功能

在动物模型中验证ALR巴豆酰化缺失对MASLD进展的影响。

构建AAV8载体表达ALRWT或ALRK78R,通过尾静脉注射到WD喂养的C57BL/6J小鼠,检测肝脏脂质沉积(H&E、ORO)、肝脂质及血清生化指标、线粒体功能蛋白表达和氧化应激指标(MDA、SOD)。

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
杜尔贝科改良伊格尔培养基----
胎牛血清VazymeF103
Lipofectamine 3000转染试剂InvitrogenL3000008
TurboFect转染试剂ThermoFisherR0531
西方饮食DyetsD18061501
D-果糖Sigma-AldrichG8270
D-葡萄糖Sigma-AldrichF0127
FastPure细胞/组织总RNA提取试剂盒VazymeRC112
HiScript QRT Super mix反转录试剂盒VazymeR123-01
SYBR Green 预混液Vazyme--
蛋白酶抑制剂TransGen BiotechDI101-01
线粒体提取试剂盒SolarbioSM-0020
JC-1染料MedChemExpressHY-15534
活性氧检测试剂盒BeyotimeS0033S
总超氧化物歧化酶检测试剂盒(WST-8法)BeyotimeS0101S
CellTiter-Glo发光细胞活力检测试剂盒PromegaG7570
改良油红O染色试剂盒BeyotimeC0157MB
油酸Sigma-AldrichO1008
棕榈酸Sigma-AldrichP5585
曲古抑菌素A----
MG149----
抗ALR抗体Proteintech11293
抗Flag抗体MBL InternationalM185-3L
抗Myc抗体Cell Signaling Technology2272S
抗巴豆酰赖氨酸抗体PTM BiolabsPTM-501
抗HDAC1抗体PTM BiolabsPTM-6409
抗HDAC2抗体ABclonal19626
抗KAT8抗体ABclonalA3390
抗MFN2抗体Proteintech12186-1-AP
抗GAPDH抗体Proteintech14794
山羊抗兔IgG-HRPProteintechSA00001-2
山羊抗小鼠IgG-HRPProteintechSA00001-1
兔IgGProteintechB900610
山羊抗小鼠IgG重链-HRPEasyBioBEO104-100
山羊抗兔IgG轻链-HRPEasyBioBEO107-100
抗ATPS-β抗体Proteintech17247
抗NDUFB8抗体Proteintech14794
山羊抗小鼠IgG(H+L)交叉吸附二抗,Alexa Fluor 488Thermo ScientificA11001
山羊抗兔IgG(H+L)交叉吸附二抗,Alexa Fluor 594Thermo ScientificA32740
NovoCyte流式细胞仪ACEA--
Spectra MAX 190酶标仪----
多功能酶标仪TECAN--
Leica TCS-NT SP8激光共聚焦显微镜Leica--
Leica-DME倒置光学显微镜Leica--

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
人体样本收集
样本来源、MASLD诊断标准、脂肪变性分级(Grade 2/3)、健康对照来源
阅读提示:Methods: Human Study
细胞培养与脂质蓄积模型
细胞系(HepG2, HEK293T)、培养基及血清浓度、OA/PA浓度和比例、处理时间
阅读提示:Methods: Cell Culture; ORO Staining for Hepatic Tissue Sections and HepG2 Cells
Western diet诱导MASLD模型
小鼠品系(C57BL/6J)、性别(雄性)、年龄(8周龄)、饮食配方(D18061501, Dyets)及高糖溶液浓度、喂养时间(4, 8, 12周)
阅读提示:Methods: Mouse Models
AAV介导的基因递送
AAV血清型(AAV8)、载体构建、病毒滴度(10^12 VG/mL)、注射剂量(2 × 10^11 VG/只)和途径(尾静脉)、小鼠周龄
阅读提示:Methods: Construction of Mouse AAV8 Vector
ALR巴豆酰化检测
Co-IP实验抗体(抗ALR, 抗Crotonyllysine)、细胞裂解液成分、NaCr处理浓度
阅读提示:Methods: Immunoprecipitation and Immunoblotting; Figure 4
线粒体功能检测
线粒体提取试剂盒、JC-1浓度和处理时间、ROS检测试剂盒、SOD检测试剂盒、ATP检测试剂盒
阅读提示:Methods: Isolation of Mitochondria and Detection by the Membrane Potential Assay; ROS Content and SOD Activity Detections; Adenosine Triphosphate Assay