客户案例 | 猪去氧胆酸治疗NAFLD再添新策略！通过调节脂肪酸代谢和靶向PPARα的穿梭机制

2023-09-16 19:10:48, LHK-lab 麦特绘谱生物科技(上海)有限公司

中药猪胆来源于猪科动物猪的胆汁，具有清热，润燥，解毒之功效，在历代本草著作中多有记载。猪胆酸（Hyocholic acid, HCA）及猪去氧胆酸（Hyodeoxycholic acid, HDCA）是中药猪胆的主要活性成分，其在人和啮齿类动物体内虽有分布，但含量甚少，属于内源性胆汁酸。近年来，围绕HCA类成分改善血糖稳态的研究受到了广泛的关注^[1]。HDCA作为猪胆中一类重要的胆汁酸，已经被证实具有降低胆固醇和改善糖稳态的作用。不过，HDCA在非酒精性脂肪肝（Nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD）中的功效及机制研究报道甚少。

2023年9月6日，上海中医药大学中药学院李后开研究员团队联合曙光医院胡义扬教授及中国科学院上海药物研究所谢岑研究员团队在Nature Communications发表了题为“Hyodeoxycholic acid ameliorates nonalcoholic fatty liver disease by inhibiting RAN-mediated PPARα nucleus-cytoplasm shuttling”的研究论文，揭示了HDCA对NAFLD的治疗作用及其促进PPARα细胞核定位改善肝脏脂质代谢的新机制^[2]。（麦特绘谱提供胆汁酸谱靶向定量检测分析服务）

研究人员首先利用靶向代谢组学方法检测了临床NAFLD患者血清胆汁酸谱，发现NAFLD患者血清中HDCA类胆汁酸水平显著低于健康对照人群。在NAFLD小鼠模型中，HDCA在血清、肝脏、肠内容物里的含量一致性降低，且血清HDCA水平与NAFLD临床指征存在显著的负相关关系（图1）。

图1 HDCA水平在NAFLD患者和小鼠中显著降低

因此，研究人员推测，回补HDCA可以具有改善NAFLD的作用。研究人员进一步给予高糖高脂饮食诱导的NAFLD小鼠HDCA干预，结果表明，HDCA在不影响小鼠能量摄入的条件下，显著改善高热量饮食诱导的肝脏脂质积累（图2）。

图2 HDCA补充显著改善小鼠脂肪肝

由于饮食补充HDCA可以明显增加小鼠血清和肝脏组织中HDCA的暴露量，提示HDCA可能对肝细胞具有直接调控作用。为了探索HDCA改善NAFLD的关键靶标，研究人员通过对肝脏转录组和蛋白质组学分析，发现过氧化物酶体增殖激活受体（PPAR）信号通路在HDCA干预后显著上调，其中，HDCA显著增加了脂肪酸氧化相关蛋白的表达，抑制炎症。体内外实验结果表明，HDCA在不改变PPARα总蛋白的情况下，显著促进PPARα蛋白在肝细胞核内的积累并促进下游脂肪酸氧化相关蛋白的表达（图3）。

图3 HDCA促进PPARα细胞核定位和其下游基因表达

PPARα是调节机体代谢与炎症的关键转录因子，主要在肝组织中高表达，通过激活下游靶基因的转录来调节脂肪酸运输、脂肪酸氧化以及炎症免疫反应。那么PPARα是否介导了HDCA改善NAFLD的关键作用？研究人员进一步利用PPARα全敲和肝敲小鼠进行HDCA的功效验证，结果显示，在PPARα缺失的情况下，HDCA改善NAFLD的药效作用消失。这些结果表明，HDCA改善NAFLD作用依赖于肝脏PPARα调节（图4）。

图4 肝脏PPARα缺乏可消除HDCA介导的抗NAFLD作用

为了进一步解答“HDCA如何增加PPARα蛋白在肝细胞核内积累”这一问题，首先，研究人员利用胆汁酸受体FXR抑制剂，证实HDCA是以FXR非依赖的方式促进PPARα的核积累。PPARα在细胞核和细胞质的穿梭主要受到输入和输出相关蛋白的调控，研究人员发现，抑制蛋白的入核转运并不能减弱HDCA的促PPARα核定位作用，因此推测HDCA可能是通过调控核输出的过程实现对PPARα核定位的调控。ras家族GTPase RAN和核输出受体CRM1是调控蛋白出核转运的重要蛋白。研究人员进一步利用蛋白芯片和细胞热位移实验证实HDCA可直接与RAN蛋白结合，却不能与PPARα和CRM1蛋白结合。通过免疫共沉淀与蛋白邻位连接等技术，发现并阐释了HDCA通过直接结合肝细胞内RAN蛋白，干扰RAN、CRM1和PPARα三者间的互作，进而抑制RAN/CRM1/PPARα异三聚体的形成，导致PPARα出核受阻，肝细胞核内PPARα蛋白含量增加，进而促进脂肪酸氧化并减轻炎症（图5）。

图5 HDCA直接与RAN蛋白结合抑制RAN/CRM1/PPARα出核异源三聚体的形成

该研究阐释了HDCA进入肝细胞后靶向抑制RAN/CRM1/PPARα异源三聚体的形成，治疗NAFLD的新机制（图6）。该研究工作是与近期香港浸会大学贾伟教授领衔的另一项HDCA研究工作的背靠背研究，从不同角度阐释了HDCA除了能通过肠肝轴调控肝脏脂质代谢外^[3]，还可以直接进入肝细胞，靶向调控肝细胞内PPARα的细胞核内外穿梭过程，体现了中药活性成分在体内多途径、多靶标的作用特点。

图6 HDCA通过调控PPARα的细胞核内外穿梭改善脂肪肝的作用机制模式图

上海中医药大学中药学院2022届博士研究生钟婧（现为浙江省湖州市中心医院实验中心副研究员），2023届硕士研究生贺小芳（现为2023级博士研究生，导师：李后开）为论文共同第一作者。上海中医药大学中药学院李后开研究员、盛丽莉副研究员、曙光医院胡义扬教授及中国科学院上海药物研究所谢岑研究员为论文共同通讯作者。研究工作得到上海中医药大学交叉科学研究院化学生物学研究中心柯细松课题组、中国科学院上海药物研究所周虎课题组的大力支持。该研究工作得到国家自然科学基金区域创新联合基金（重点项目）、国家自然科学基金面上项目、青年岐黄学者及上海市优秀学术带头人等项目的资助。

参考文献

[1]ZHENG X, CHEN T, JIANG R, et al. Hyocholic acid species improve glucose homeostasis through a distinct TGR5 and FXR signaling mechanism [J]. Cell Metab, 2021, 33(4): 791-803.

[2]ZHONG J, HE X, GAO X, et al. Hyodeoxycholic acid ameliorates nonalcoholic fatty liver disease by inhibiting RAN-mediated PPARα nucleus-cytoplasm shuttling [J]. Nat Commun, 2023, 14(1): 5451.

[3]KUANG J, WANG J, LI Y, et al. Hyodeoxycholic acid alleviates non-alcoholic fatty liver disease through modulating the gut-liver axis [J]. Cell Metab, 2023. DOI: 10.1016/j.cmet.2023.07.011.

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上述研究由麦特绘谱提供胆汁酸靶向定量检测。目前，胆汁酸项目已协助发表客户文章50余篇，包含Cell Metabolism, Nature Communications, Nature Aging, Advanced Science, Microbiome, Science Advances, Diabetes Care等期刊；成果涵盖肝病、肠病、心血管疾病、糖尿病、肥胖、衰老、肿瘤/癌症、畜牧动物、中药药效等研究领域。

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