非酒精性脂肪肝在全球范圍內影響著(zhù)大約10億人的健康，目前臨床上，并沒(méi)有有效治療非酒精性脂肪性肝炎的藥物。因此，探索非酒精性脂肪肝新的病理機制，有助于我們尋找更多的潛在靶點(diǎn)，開(kāi)發(fā)新型的治療手段。
鐵是一種必需微量元素，參與眾多生命過(guò)程，如氧氣運輸、細胞能量代謝、電子鏈傳遞以及各式酶反應。在健康人體中，肝臟作為鐵儲存以及穩態(tài)調控最重要的器官，在鐵代謝中發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作用。
近些年，越來(lái)越多的臨床研究表明，肝臟鐵穩態(tài)失衡同代謝性疾病，尤其是與非酒精性脂肪肝/非酒精性脂肪性肝炎（NAFLD/NASH）的發(fā)生率密切相關(guān)，但其潛在機制仍然未知。
2022年8月2日，加州大學(xué)圣迭戈分校醫學(xué)院以Hong Gao, Michael Karin和Wei Ying 共同為通訊作者，合作在《Cell Metabolism》雜志發(fā)表了題為“Aberrant iron distribution via hepatocyte-stellate cell axis drives liver lipogenesis and fibrosis”的研究論文，該研究揭示了鐵元素在肝細胞和星形細胞之間的異位存儲是非酒精性脂肪肝發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素。
（論文鏈接為：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.07.006）
下面一起來(lái)看看該論文的具體研究成果：
為確定鐵元素在非酒精性脂肪肝病程中具體的作用，該團隊評估了健康肝細胞以及非酒精性脂肪肝病人的肝細胞，結果顯示非酒精性脂肪肝病人的肝細胞總鐵水平顯著(zhù)低于健康肝細胞。此外，鐵蛋白H (FTH)和L (FTL)亞基的豐度【這兩種亞基是必需的鐵儲存蛋白】在非酒精性脂肪肝病人的肝細胞中顯著(zhù)降低。在小鼠非酒精性脂肪性肝炎(NASH)模型中也檢測到同樣的結果。
中洪博元非酒精性脂肪性肝炎(NASH)模型產(chǎn)品：
為了進(jìn)一步研究缺鐵對肝細胞功能的影響，研究者使用去鐵胺（DFO）處理人健康肝細胞從而模擬人NAFLD/NASH肝細胞中的鐵水平，RNA測序分析表明，在缺鐵條件下，代謝反應和脂肪酸合成是最高富集途徑。經(jīng)DFO處理的正常小鼠肝細胞中脂肪生成和成脂基因表達增加。
小鼠體內實(shí)驗也表明會(huì )缺鐵導致肝細胞中脂肪生成和成脂基因表達增加。
通過(guò)腹腔注射右旋糖酐鐵(Iron Dextran )12周后，與未治療組小鼠（WD WT）比，治療組小鼠表現出更強的葡萄糖耐量和胰島素敏感性，以及更高的肝臟胰島素刺激的AKT和IRS2磷酸化水平。
研究人員在人和小鼠NAFLD/NASH肝細胞中檢測到HIF2a和ATF4蛋白豐度較正常干細胞比顯著(zhù)升高，更重要的是，伴隨HIF2a的抑制，ATF4在缺鐵肝細胞中的表達降低，表明HIF2a誘導ATF4表達。
注：HIF2a是HIF家族中唯一在其非翻譯區域具有鐵響應元件的成員，而激活轉錄因子4 (ATF4)是HIF的靶基因。
利用siRNA技術(shù)和肝臟特異性基因敲除技術(shù)，研究人員證明HIF2a-ATF4信號軸介導了鐵缺乏對肝細胞脂質(zhì)代謝和胰島素信號的影響。肝細胞鐵缺乏會(huì )依賴(lài)HIF2a-ATF4信號促進(jìn)脂質(zhì)合成，進(jìn)而降低胰島素敏感性。
研究人員進(jìn)而發(fā)現脂質(zhì)可以顯著(zhù)增加肝細胞細胞外囊泡的分泌，NASH小鼠的肝細胞比對照組的肝細胞產(chǎn)生更多的EV，類(lèi)似地，與人類(lèi)健康肝細胞相比，人類(lèi)NAFLD/NASH肝細胞分泌更多含鐵的EV。
通過(guò)超離心從肝細胞培養基中提取細胞外囊泡（EV），研究人員并在人類(lèi)和小鼠肝細胞分泌的EV中可以檢測到鐵。大量持續分泌含有鐵的細胞外囊泡，會(huì )導致肝細胞鐵缺乏。
為了進(jìn)一步驗證鐵是否為肝細胞EV運輸，該團隊將肝細胞來(lái)源的EV與肝星狀細胞（HSC）共培養，發(fā)現EV的添加后，HSC中的鐵含量明顯上升，而DFO處理組的HSC中鐵含量沒(méi)有顯著(zhù)變化。
研究人員用棕櫚酸（PA）處理肝細胞，EV的分泌數量提高，鐵蛋白豐度顯著(zhù)降低。研究人員檢測到RAB27（一種對小泡的分泌起關(guān)鍵作用的小GTPase）的表達在PA處理組明顯較高。
通過(guò)體內外實(shí)驗證明沉默RAB27基因能夠導致肝細胞EV分泌大幅減少，減輕小鼠肝脂肪變性程度，以及葡萄糖不耐受和胰島素抵抗現象。
以往的研究表明，在人類(lèi)和小鼠NAFLD/NASH中胚胎來(lái)源的Kupffer細胞（KCs）群減少，因此，該團隊評估KCs損失是如何影響肝臟鐵穩態(tài)的。
為了評估Kupffer細胞（KCs）是否與肝細胞EV相互作用，通過(guò)cy3標記EV，流式細胞儀檢測到與未接受EV治療的對照組相比，實(shí)驗組小鼠KCs可以有效地吞噬含鐵的肝細胞EV。
通過(guò)給小鼠腹腔注射白喉毒素（DT）來(lái)實(shí)現KCs種群的敲除，結果顯示KCs-KO小鼠HSCs中含有更多的鐵蛋白。KCs-KO小鼠分別靜脈注射N(xiāo)ASH肝細胞EV和不含鐵的NASH肝細胞EV，治療4周后，發(fā)現注射N(xiāo)ASH肝細胞EV的KCs-KO小鼠產(chǎn)生更多的HSCs鐵。
這些數據表明KCs在阻止含鐵肝細胞EV轉運到造血干細胞中起著(zhù)關(guān)鍵作用。
為進(jìn)一步評估鐵負荷后的HSCs反應，研究人員分析了檸檬酸鐵銨(FAC)體外處理后的小鼠HSC的轉錄組特征，在人和小鼠NASH中都觀(guān)察到了HSC鐵超載，而鐵積累則會(huì )直接刺激ROS生成，進(jìn)而激活星形細胞，促進(jìn)纖維化。
鐵絡(luò )合劑治療或阻斷RAB27介導的肝細胞EV分泌可減少HSCs的纖維化活化，減輕肝纖維化。
（鐵在肝臟穩態(tài)中的作用示意圖）
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