前言

亞精胺是一種天然的多胺，對(duì)許多物種的健康有好處，可以延長(zhǎng)壽命。脫氧絲氨酸合成酶(DHPS)和脫氧絲氨酸羥化酶(DOHH)是利用亞精胺催化翻譯因子EIF5A (EIF5AH)翻譯后絲氨酸化的關(guān)鍵酶。本研究發(fā)現(xiàn)非酒精性脂肪性肝炎(NASH)患者和小鼠以及用脂肪酸處理的肝細(xì)胞中，肝臟DOHH mRNA表達(dá)降低。

2022年9月,由新加坡國(guó)立大學(xué)醫(yī)學(xué)院在Nature Communications期刊(IF:17.694)發(fā)表了題為“Spermidine-mediated hypusination of translation factor EIF5A improves mitochondrial fatty acid oxidation and prevents non-alcoholic steatohepatitis progression”的文章，該研究運(yùn)用Label free蛋白組學(xué)、LC-MS脂質(zhì)組學(xué)、RT-PCR逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)、WB蛋白免疫印跡分析等多種技術(shù)方式分析了亞精胺對(duì)非酒精性脂肪肝的預(yù)防研究。

研究思路

研究結(jié)果

1、非酒精性脂肪肝病小鼠肝細(xì)胞中Dhps-Dohh-Eif5aH通路中蛋白下調(diào)

作者研究了NASH飲食模型中的Dhps-Dohh-Eif5aH通路，在該模型中，小鼠被喂養(yǎng)添加了液體果糖(WDF)22的西方飲食。16周后，這些小鼠出現(xiàn)肥胖、胰島素抵抗和NAFLD，這些癥狀與人類(lèi)早期NASH22的表型相似。與正常日糧(NCD)喂養(yǎng)的對(duì)照組小鼠相比，WDF喂養(yǎng)的小鼠在16周時(shí)肝臟中多胺生物合成和hypusination通路基因的表達(dá)降低了和蛋白的表達(dá)(圖1d)， 16周時(shí)Dhps、Dohh和Eif5aH蛋白表達(dá)降低(圖1e，圖S2a)。綜上所述，這些結(jié)果表明，在該小鼠NASH模型中，多胺合成和Dhps-Dohh-Eif5aH通路減少。

圖1 | NAFLD中DHPS-DOHH-EIF5AH通路減少

2、Eif5a合成酶調(diào)節(jié)肝細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成和線(xiàn)粒體功能

為了了解內(nèi)源性Eif5aH在肝細(xì)胞中的作用，作者使用Dohh或Eif5a siRNA在AML12細(xì)胞中敲低它們的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)Dohh或Eif5a敲低(KD)降低了Eif5aH水平，研究結(jié)果表明，肝細(xì)胞中Dohh或Eif5a的缺失導(dǎo)致Eif5aH水平和蛋白質(zhì)合成降低，線(xiàn)粒體蛋白和DNA減少，線(xiàn)粒體氧化磷酸化(OXPHOS)減少。

圖2 | Eif5a合成酶調(diào)節(jié)肝細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成和線(xiàn)粒體功能

3、亞精胺的補(bǔ)充保留了FA處理細(xì)胞中的Eif5aH和蛋白質(zhì)合成

因?yàn)镕A處理的肝細(xì)胞顯示受損的Dhps-Dohh-Eif5a路徑(圖1f–h)，作者研究了FA是否會(huì)損害肝細(xì)胞中的蛋白質(zhì)合成。研究結(jié)果顯示，F(xiàn)A處理的細(xì)胞中一般蛋白質(zhì)合成速率受損（圖3a）。為了研究亞精胺的保護(hù)作用，作者利用Label free蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)以及WB蛋白免疫印跡法分析了FA處理以及FA+Spd處理后的細(xì)胞蛋白組，發(fā)現(xiàn)FA + Spd共同處理恢復(fù)了Eif5a（圖3a），同時(shí)恢復(fù)了大多數(shù)被檢測(cè)的線(xiàn)粒體蛋白，而不影響它們的mRNA水平（圖3b），表明亞精胺可能增加FA處理細(xì)胞中Eif5a蛋白的合成。

接下來(lái)，作者評(píng)估了FA + Spd對(duì)mtDNA、細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)含量和線(xiàn)粒體活性氧(ROS)的影響，發(fā)現(xiàn)FA降低了mtDNA，增加了BODIPY和MitoSOX熒光，而亞精胺部分逆轉(zhuǎn)了mtDNA和BODIPY熒光(圖3e、f)，以及完全反轉(zhuǎn)的MitoSOX熒光（圖3g）。這些數(shù)據(jù)表明，亞精胺還恢復(fù)了FA處理細(xì)胞中的線(xiàn)粒體數(shù)量,降低了細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)含量和ROS。

圖3 | 亞精胺通過(guò)依賴(lài)eif5a合成酶的方式挽恢復(fù)線(xiàn)粒體功能

4、亞精胺通過(guò)依賴(lài)eif5a合成酶的方式恢復(fù)蛋白質(zhì)合成和線(xiàn)粒體功能

為了確定亞精胺在FA處理的細(xì)胞中對(duì)蛋白質(zhì)合成和線(xiàn)粒體蛋白質(zhì)的有益作用是否由Eif5a合成酶介導(dǎo)，作者使用siRNA KD阻斷亞精胺對(duì)Eif5a合成酶的恢復(fù)作用，發(fā)現(xiàn)亞精胺對(duì)總蛋白合成速率和線(xiàn)粒體蛋白表達(dá)的刺激依賴(lài)于Eif5a合成酶(圖4a、b)。Label free蛋白質(zhì)組學(xué)富集分析結(jié)果中的細(xì)胞成分和生物過(guò)程的蛋白質(zhì)組學(xué)和途徑分析(圖4c，d)顯示siRNA KD在FA處理的細(xì)胞中抵消了亞精胺對(duì)核仁蛋白和核糖體裝配的拯救，以上結(jié)果表明Eif5a的合成依賴(lài)于Eif5a合成酶。

圖4?| 亞精胺可恢復(fù)FA導(dǎo)致的Eif5a、蛋白合成速率和線(xiàn)粒體蛋白降低

損傷線(xiàn)粒體的自噬清除和線(xiàn)粒體生物合成是維持線(xiàn)粒體質(zhì)量和活性的兩種機(jī)制。亞精胺在多個(gè)組織中誘導(dǎo)自噬，可能涉及eif5ah介導(dǎo)的幾個(gè)自噬相關(guān)蛋白的合成，包括調(diào)節(jié)自噬的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，轉(zhuǎn)錄因子EB (TFEB)。

因此，作者評(píng)估了FA處理對(duì)自噬的影響，發(fā)現(xiàn)它降低了TFEB和LC3B-II蛋白水平；然而，亞精胺不能恢復(fù)Dohh KD細(xì)胞中TEFB和LC3B-II的水平。這些結(jié)果表明，在FA處理的細(xì)胞中，依賴(lài)Eif5a合成酶的自噬恢復(fù)可能是亞精胺對(duì)線(xiàn)粒體活性有益。

5、小鼠模型中亞精胺對(duì)非酒精性脂肪肝的影響

鑒于亞精胺能夠恢復(fù)FA處理的肝細(xì)胞中的蛋白質(zhì)合成速率和線(xiàn)粒體數(shù)量/活性，研究了亞精胺在非酒精性脂肪肝小鼠體內(nèi)的作用。H&E染色顯示，亞精胺降低了喂養(yǎng)WDF小鼠16周后肝脂滴的大小和數(shù)量(圖5b)。作者用LC-MS脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)檢測(cè)小鼠肝臟中脂類(lèi)物質(zhì)含量，肝臟總甘油三酯(TAG)含量證實(shí)，WDF增加了肝臟的TAG含量，而補(bǔ)充WDF+亞精胺的小鼠中脂質(zhì)含量水平顯著回調(diào)(圖5c)。亞精胺降低血清丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶(ALT)水平(圖5h)和肝臟炎癥標(biāo)志物如il1b、Ccl2和Cxcl9的mRNA水平(圖S13)，表明亞精胺減少了肝臟炎癥和損傷。以上數(shù)據(jù)表明，補(bǔ)充WDF的亞精胺可預(yù)防肝骨增生、肝臟炎癥、損傷和纖維化。

圖5 | 亞精胺攝入可改善FA導(dǎo)致的非酒精性脂肪肝疾病病癥

相關(guān)討論

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)了DHPS-DOHH-EIF5AH通路在調(diào)節(jié)肝細(xì)胞中蛋白質(zhì)合成、線(xiàn)粒體OXPHOS中的重要作用。該通路在FA處理的肝細(xì)胞、NAFLD的飲食小鼠模型和NASH患者中異常調(diào)節(jié)。亞精胺是EIF5A合成酶的底物，通過(guò)在FA處理的肝細(xì)胞中誘導(dǎo)EIF5AH來(lái)保持線(xiàn)粒體蛋白的表達(dá)、數(shù)量和活性。在NASH小鼠模型中，補(bǔ)充亞精胺部分阻止了NASH中發(fā)生的肝臟EIF5AH和線(xiàn)粒體蛋白表達(dá)的丟失，進(jìn)而增加了FAO，并部分防止了NASH中的肝骨增生、炎癥和纖維化。這些發(fā)現(xiàn)表明亞精胺，一種具有抗衰老作用的內(nèi)源性多胺，可能對(duì)改善NAFLD以及其他代謝和衰老相關(guān)疾病的線(xiàn)粒體功能有有益作用。

小鹿推薦

本研究為了探究亞精胺對(duì)非酒精性脂肪肝病的治療機(jī)制，利用Label free非標(biāo)記蛋白組學(xué)技術(shù)和LC-MS脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)進(jìn)行研究，找到亞精胺作用的關(guān)鍵通路信息，為非酒精性脂肪肝疾病在臨床中的治療研究提供了新的思路。

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