STTT︱慢性肝病中蛋氨酸代谢

蛋氨酸代谢可分为蛋氨酸循环、转硫途径和挽救途径（图1）。首先，蛋氨酸腺苷转移酶（MATs）催化蛋氨酸和ATP生物合成S-腺苷甲硫胺酸（SAM）。在甲基转移酶（MTs）催化下，SAM将贡献出甲基用于甲基化修饰并转化为S-腺苷-同型半胱氨酸（SAH）。然后SAH由S-腺苷-同型半胱氨酸水解酶（SAHH/AHCY）转化为同型半胱氨酸（Hcy）。Hcy进入转硫途径促进谷胱甘肽（GSH）的合成或通过蛋氨酸合成酶（MTR/MS）转化生成蛋氨酸，从而完成蛋氨酸循环。MTR需要维生素B12（钴胺素）的甲基化形式和使用5-甲基四氢叶酸作为甲基供体催化Hcy发生甲基化。与此过程平行，甜菜碱同型半胱氨酸甲基转移酶（BHMT）可以催化甲基供体甜菜碱形成SAM。在转硫途径中，胱硫醚-β-合成酶（CBS）催化Hcy和丝氨酸缩合形成胱硫醚。然后胱硫醚-γ-裂合酶水解胱硫醚产生半胱氨酸用于合成谷胱甘肽。而胱硫醚-γ-裂解酶和CBS催化过程中会生成硫化氢。蛋氨酸还可以通过蛋氨酸挽救途径由多胺生物合成副产物甲硫基腺苷（MTA）进行合成。此外，SAM通过AdoMet脱羧酶形成脱羧化SAM（dcSAM）。提供氨丙基用于PA合成后，dcSAM转化为MTA，然后通过六个酶促步骤转化为蛋氨酸。

SAM是主要为磷脂、核酸和生物胺的甲基化提供甲基供体。它是仅次于ATP的第二大常见酶促辅因子。蛋氨酸浓度与SAM与SAH的比例密切相关，可以影响许多甲基化反应，包括组蛋白甲基化。甲基化状态的改变会导致许多病理生理状况，包括癌症、肥胖症和衰老。蛋氨酸是活性氧（ROS）的主要靶标之一。低浓度蛋氨酸也会导致细胞形态变化和细胞增殖。在细胞生理中起关键作用的蛋氨酸代谢失调发生在各种疾病中。肝脏病变与蛋氨酸代谢变化密切相关。Copeland等首次将蛋氨酸循环的变化与肝损伤联系起来。一项系统的回顾性研究报道SAM可以改善肝内胆汁淤积症患者的一些肝脏生化参数和症状，这些是CLDs的特征。近年来，已证实N⁶-甲基腺苷（m⁶A）修饰与肝损伤有关。宿主肝细胞中m⁶A调节剂的失控可能有助于病毒性肝炎的发展。蛋氨酸代谢与m⁶A的甲基化密切相关。一项研究揭示了哺乳动物细胞内SAM合成的稳态调节机制，涉及MAT2A 3utr中m⁶ A的动态修饰。蛋氨酸耗尽后，MAT2A保留的内含子被快速诱导剪接。

蛋氨酸代谢与各种代谢途径密切相关（图2）。叶酸循环与蛋氨酸循环共同构成双环代谢途径。所有这些双环途径统称为一碳代谢。蛋氨酸代谢是叶酸循环与转硫途径联系起来的关键。中间体Hcy是一种含硫的非蛋白质有毒氨基酸，它将转硫途径与蛋氨酸循环连接起来。Hcy清除对保护基因至关重要。作为转硫途径中的第一个酶，CBS具有SAM调控位点，该位点的突变会导致高半胱氨酸尿症，这与癌症密切相关。GSH合成还将转硫途径与谷氨酰胺代谢联系起来，谷氨酰胺代谢在许多致癌损伤和突变后发生上调。甲硫氨酸挽救途径的关键酶5-甲基硫腺苷磷酸化酶（MTAP）基因在人类癌症中经常被丢失。近年来，抑制蛋白精氨酸N-甲基转移酶5（PRMT5）成为对MTAP缺陷型癌症的潜在疗法。MTA通过与SAM竞争结合催化位点来抑制PRMT5。蛋氨酸限制（MR）足以消除MTA在MTAP表达细胞中的积累水平。此外，蛋氨酸代谢与PA代谢密切相关。由鸟氨酸脱羧酶（ODC）激活引起的PA水平升高可能导致PA的促炎或消炎作用。因此，蛋氨酸代谢在各种生物代谢中均起着重要作用。

乙型病毒性肝炎（HBV）和丙型病毒性肝炎（HCV）均可导致慢性肝损伤。HCV感染可以通过蛋白磷酸酶2A（PP2A）下调蛋白精氨酸N-甲基转移酶1（PRMT1），而PRMT1可以催化Arg31的STAT-1甲基化，STAT-1是一种转录因子，参与病毒信号和对干扰素（IFN）信号激活的应答。Duong等人证明，通过干扰STAT-1甲基化而使IFN敏感基因表达下调可促进与活化STATs（PIAS）的蛋白抑制剂的相互作用。给与SAM后，IFN抗病毒作用增强。在PEG干扰素（PEG-IFN）和利巴韦林中添加SAM可以改善早期抗病毒反应的动力学。此外，SAM可部分通过调节抗氧化酶、GSH合成和调节MAT1A/MAT2A转换来降低HCV在细胞中的表达。其中MAT1A/MAT2A与HCC患者生存率有关，SAM可以平衡MAT1A/MAT2A比例，从而减轻甚至阻止疾病进一步发展。不过，SAM对HCV的疗效和安全性需要进一步研究。

目前慢性乙型肝炎（CHB）主要治疗方法是使用PEG-IFN和核苷酸类似物。在CHB患者的HBV早期抗原阴性阶段，H3K4me3在HBV-DNA上沉积减少，这与病毒转录物水平相关，而H3K4me3信号随SAM和SAH水平的降低而受到调节。研究发现HBV的X蛋白增强了转录因子NF-κB和cAMP反应元件结合蛋白与MAT2A基因启动子的结合，从而调节其表达，这在HBV介导的HCC进展中至关重要。此外，SAM浓度与HBV相关性肝病的严重程度有关。HBV显著抑制STAT-1甲基化，结合IFN-α，SAM处理可有效改善STAT-1甲基化并减弱STAT-1-PIAS1结合。考虑到蛋氨酸循环在甲基化中的重要作用，蛋氨酸循环与分子水平上的HBV和HCV之间的关系需要进一步探索（图3）。

蛋氨酸代谢在酒精性肝损伤的发展中起着至关重要的作用。长期饮用乙醇会导致Hcy和SAH水平升高。SAH水平的增加足以使肝脏和肝细胞对肿瘤坏死因子（TNF）细胞毒性敏感。由于SAM/ SAH比例降低，导致脂肪变性发展和蛋白酶体活性受到抑制，这都是酒精引起的肝损伤的标志。SAM/SAH比值降低直接影响甲基化水平。乙醇会干扰多种酶的功能，包括MAT、BHMT和各种MTs。MAT活性降低归因于酒精诱导的氧化应激和反应性醛类，它们可以使肝脏特异性MAT失活。由于蛋氨酸代谢受损而导致的代谢产物缺乏会抑制Hcy再甲基化，从而削弱对氧化应激的防御能力。SAH水平增加和甲基化不足可能会严重影响caspase-8的表达/活性，这与酒精性肝病凋亡增加有关。此外，SAM可以通过磷脂酰乙醇胺N-甲基转移酶途径参与脂质合成，缺乏磷脂酰乙醇胺（PE）甲基化会导致SAM积累，从而导致组蛋白和主要磷酸酶PP2A甲基化。通过激活Nrf2-ARE通路，蛋氨酸可促进内源性抗氧化反应，并在抑制ROS诱导的氧化应激中发挥关键作用。

非酒精性脂肪肝(NAFLD)是多种代谢途径缺陷导致肝脏中甘油三酯(TGs)积累的结果。经过长期炎症和肝细胞损伤后NAFLD会发展为非酒精性脂肪性肝炎(NASH)，最终导致纤维化、HCC。临床NASH与肝脏DNA的低甲基化有关。研究表明，在胰岛素抵抗的NASH患者中蛋氨酸转甲基化率较低。基因缺失或缺乏蛋氨酸和胆碱形式的不稳定甲基会损害合成SAM的能力，从而导致脂肪变性发展并向NASH快速发展。蛋氨酸和胆碱缺乏饮食（MCD）是诱导啮齿动物NASH的常规有效方法。饱和的FFA在MCD喂养的小鼠体内蓄积，并通过JNK1活化引起脂质毒性，导致线粒体损伤和ROS生成。而且，MAT1A-KO小鼠表现出慢性肝SAM缺乏，并发展为脂肪性肝炎和HCC。

SAM是磷脂酰胆碱（PC）合成的关键甲基供体，是肝脏输出VLDL所必需的。除作为甲基供体之外，SAM还可以充当代谢调节剂，调控再生、分化以及器官对不同损伤的敏感性。与SAM孵育后，MAT1A-KO肝细胞中的线粒体极化得以恢复。在高胆固醇饮食中添加蛋氨酸可以显著减少由高胆碱引起的肝脂肪变性（HS）、氧化应激和纤维化。但由于缺乏早期诊断，在NASH的初始阶段很难进行临床研究。因此，NAFLD患者是否需要补充SAM还有待研究。此外，蛋氨酸及其代谢过程中形成的中间体可能通过单独或协同作用发挥保肝作用，也需要进一步研究。

肝纤维化几乎是所有CLDs的一个特征，也是临床预后的一个重要决定因素。肝纤维化是双向的动态发展和消退。活化的肝星状细胞（HSCs）是纤维化发展的关键因素。HSC激活需要MAT2A和MAT2B。Ramani等人首次发现，HSC激活会增强MATα2和MATβ蛋白的磷酸化，这些蛋白的稳定性有利于人HSC的反式分化。MAT2B通过ERK和PI-3K信号传导机制影响HSC激活，而MAT2A则通过影响SAM水平影响HSC的生长。在静态HSC中，PPARγ是MAT2A的负调节剂。从静止状态到激活状态的转变消除了这种控制，并允许PPARβ增加MAT2A转录。此外，瘦素诱导的多种信号通路介导HSC的活化。MAT2B-KO完全阻断了瘦素介导的STAT3磷酸化诱导。有研究表明，瘦素诱导的β-catenin信号传导减弱了E2F-4与MAT2A启动子的结合，从而增加其活性。HSC激活导致SAM和MTA水平降低、SAM/SAH比降低以及DNA总体甲基化不足。SAM和MTA的药理剂量可以下调MAT基因的表达并打断瘦素介导的信号传导。SAM显著抑制I型胶原蛋白分泌并增加NF-κB活性。SAM还增加了I型胶原蛋白的多泛素化作用。此外，SAM通过干扰F-肌动蛋白应激纤维和磷酸化肌球蛋白轻链的形成来抑制HSC收缩。SAM充当Wnt信号转导和Wnt诱导的溶酶体细胞外蛋白消化的有效抑制剂。Wnt /β-catenin信号传导是肝纤维化的主要治疗靶标。

MAT1A是正常肝脏分化的标志物，在肝脏快速生长和去分化期间，MAT2A和MAT2B表达增加。在胎儿肝脏的一般发育过程中，最初表达的MAT2A逐渐被MAT1A取代。MAT2A及其基因产物MATⅡα在各种人类上皮肿瘤中过表达。TNF-α通过NF-κB和接头相关蛋白复合物1上调MAT2A。MAT2A过表达提高了V-Maf禽肌腱膜纤维肉瘤癌基因同源G（MAFG）启动子的活性。MAFG的高表达与肿瘤进展和生存时间降低有关。抑制素1（PHB1）和MAT1A相互正调控，而PHB1和MAT1A相互调控c-MYC/MAFG/c-MAF。此外，MAT2B沉默可以显著抑制迁移和侵袭。降低SAM水平和MATs失调是HCC的潜在治疗靶标。早期研究表明，在外源性SAM治疗的大鼠中，肿瘤前病变中的ODC活性和PA合成显著降低。结扎胆管时，用SAM或熊去氧胆酸处理小鼠，MAFG诱导减弱。当联合使用这些药物时，MAFG诱导完全被阻断。当MAT1A表达增加时，LIN28B启动子区高度甲基化，增加let-7的表达。增加MAT1A表达似乎是一种有效的治疗策略。Huh7细胞系中过表达MAT1A稳定增加SAM水平和细胞凋亡，降低细胞生长，并降低血管生成基因的表达。MATα1还与肝癌细胞p53和DNA损伤调节基因1相互作用。此外，SAM处理通过改变AUF1和甲基-HuR / HuR的平衡来改变MAT1A和MAT2A的体内平衡，后者首次被发现可以抑制MAT2A mRNA的稳定性。SAM维持肝细胞中MAT1A的表达，但抑制MAT2A的表达。药物剂量的SAM及其代谢产物MTA在抑制正常肝细胞凋亡的同时，促进肝癌细胞凋亡，是一种极具吸引力的化学预防剂。外源性SAM可以通过恢复SAM的正常水平来抑制HCC发展。但是，24天静脉输注SAM不会影响肿瘤大小，这可能是由于GNMT的代偿性诱导，并阻止了SAM的蓄积。

蛋氨酸代谢作为一碳代谢的重要组成部分，与多种病理生理过程密切相关。越来越多的证据表明，蛋氨酸代谢紊乱会加重对疾病病理状态的损害。体内和体外实验均表明，通过干预相关酶或下游代谢产物调控蛋氨酸代谢，可以减轻肝脏损伤。补充SAM可降低CLD的严重程度，这种分子机制与SAM参与甲基化反应，进入转硫途径代谢和合成GSH并参与一碳循环的作用密切相关。而外源性SAM如何干预细胞内代谢尚不清楚，仍有必要进行更多研究。

1. Nature Medicine | 肺肿瘤起始细胞依赖蛋氨酸代谢

2. Cell Metabolism | 氨基酸如何支持免疫（上）

3. Cell Metabolism | 氨基酸如何支持免疫（下）

4. Cell子刊 | 癌细胞并不孤单--肿瘤微环境中的代谢通信

5. Nature子刊：“由表及里”论述非酒精性脂肪性肝病

6. Gut | 菌群代谢物‘以小见大’论非酒精性脂肪肝

7. 探索肠道菌群代谢物和非酒精性脂肪肝的共基因效应

8. Nature Medicine：肠道菌群-代谢物互作导致肝脂肪变性的发生