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动物实验

揭示Cav-1条件性敲除小鼠在NAFLD发展中的铁代谢调控

2024年03月19日来源：赛业生物作者：校审李意祥责任编辑：lascn

摘要：在非酒精性脂肪性肝病(Nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)的进展中，肝脏会发生一系列典型的组织病理学变化，包括从单纯的脂肪变性到伴有或不伴有纤维化的脂肪性肝炎，并最终发展为肝硬化或肝癌，缓解肝细胞损伤和抑制肝脏炎症的发生是防治NAFLD进展的关键。

在非酒精性脂肪性肝病(Nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)的进展中，肝脏会发生一系列典型的组织病理学变化，包括从单纯的脂肪变性到伴有或不伴有纤维化的脂肪性肝炎，并最终发展为肝硬化或肝癌，缓解肝细胞损伤和抑制肝脏炎症的发生是防治NAFLD进展的关键。

铁离子是细胞和有机体生物过程所需的基本元素。而铁代谢紊乱是NAFLD肝细胞损伤和死亡的一个重要因素。研究发现铁超载在肥胖人群中更常见，而铁螯合剂甲磺酸去铁胺(DFOM)通过降低线粒体铁含量可有效减轻NAFLD的肝损伤程度。过量的亚铁离子(Fe²⁺)可通过芬顿反应产生大量活性氧(ROS)，后者通过抑制ATP、NAD和谷胱甘肽的生成导致细胞死亡。因此，铁离子代谢与NAFLD的进展密切。

小窝蛋白(Caveolin-1, Cav-1)是一种分子量为21-24kDa的整合膜蛋白，在内皮细胞、肝细胞、肺上皮细胞、成纤维细胞和脂肪细胞等细胞中广泛存在，并在多种肝脏疾病中起着至关重要的作用。然而，Cav-1在NAFLD中的作用仍需进一步探讨。

南方医科大学中医药学院高磊教授团队在Military Medical Research(1区，IF 21.1，CiteScore排名 10/830)杂志上发表Caveolin-1 is critical for hepatic iron storage capacity in the development of nonalcoholic fatty liver disease的研究论文(Research Article)，证实了Cav-1是调节铁和脂质代谢稳态的重要靶蛋白。它是预测和预防NAFLD发展的关键分子。

南方医科大学中西医结合医院博士后邓广辉为文章第一作者，南方医科大学中医药学院高磊教授为文章通讯作者。

图片来源：《Military Medical Research》

（https://doi.org/10.1186/s40779-023-00487-3）

研究材料与方法

在这项研究中，研究人员采用Flox-Cre系统构建肝细胞特异性Cav-1条件性敲除小鼠模型（由赛业生物提供）以及腺病毒(AAV-Cav-1)构建肝细胞特异性Cav-1过表小鼠模型。

研究方法

在研究中采用铁含量测定试剂盒、普鲁士蓝染色、Western blotting、免疫荧光染色、免疫组织化学染色及ELISA检测肝组织或血清中铁浓度、Cav-1及铁代谢相关蛋白的表达。

技术路线

01 Cav-1在NAFLD下调

02 Cav-1通过调节肝组织FTL／FTH促进Fe³⁺的形成

03 肝细胞中过表达的Cav-1激活FTL／FTH通路改善铁储存减轻NAFLD的进展

04 敲除肝细胞中的Cav-1进而促进NAFLD中Fe²⁺的积累而加重肝损伤

05 血清Cav-1是监测NAFLD患者铁稳态的关键指标

研究结果

1 在NAFLD模型中Cav-1表达下调，并伴有脂质和铁代谢异常

研究人员发现喂食HFD12周的小鼠成功诱导了明显脂质代谢紊乱的NAFLD模型并存在在严重的铁代谢功能障碍。考虑到Cav-1在血脂异常中被广泛研究，大量研究表明Cav-1基因变异与膳食脂肪酸摄入之间存在潜在的相关性，在之前的研究表明，Cav-1可以抑制自身免疫性肝炎的肝铁代谢功能障碍。通过免疫组化及肝脏原代细胞提取检测，作者发现Cav-1在NAFLD重下调，表明脂质和铁代谢异常与NAFLD的发展有关，而Cav-1可能在NAFLD中起关键作用。

2 在高铁饮食下，Cav-1通过调节肝组织FTL/FTH促进Fe³⁺的形成

研究人员利用AAV成功制备肝细胞特异性Cav-1过表达小鼠并构建高铁饮食模型。普鲁士蓝染色显示，在高铁模型中，肝细胞中Cav-1的过表达增加了Fe³⁺的浓度，FTL和FTH的表达水平显著升高，表明Cav-1可能通过调节FTL/FTH的表达，将Fe²⁺转化为Fe³⁺，并以铁蛋白的形式储存在肝脏中。

3 肝细胞中过表达的Cav-1通过激活FTL/FTH通路改善铁储存能力，从而减轻NAFLD的进展

作者用肝细胞特异性过表达Cav-1的小鼠来验证Cav-1在NAFLD中的作用，发现Cav-1减少了NAFLD的肝脏脂质积累，并抑制血清总铁及肝组织中Fe²⁺浓度。为了更深入地研究Cav-1调控铁代谢的确切机制，研究人员对FTL/FTH通路，及投射电镜结果进行分析，发现Cav-1通过激活FTL/FTH通路提高铁储存能力，在减轻肝损伤中起着至关重要的作用。

4 敲除肝细胞中Cav-1进而促进NAFLD中Fe²⁺的积累而加重肝损伤

为了佐证试验结果，研究人员采用Flox-Cre系统构建肝细胞特异性Cav-1条件性敲除小鼠（由赛业生物提供），进一步验证了Cav-1在铁代谢中的作用。Cav-1缺乏逆转了血清总铁的变化(P＜0.05)，Tf(P＜0.01)和铁蛋白(P＜0.001)水平。与Flox HFD组比较，Cav-1-CKO HFD组小鼠肝组织中Fe²⁺浓度显著升高(P＜0.05)。此外，Cav-1-CKO HFD组中，FTL和FTH表达水平降低(P＜0.01)，Fpn1表达降低，hepcidin表达升高(P＜0.05)。综上所述，敲除肝细胞中的Cav-1进而加速Fe²⁺的积累而加剧NAFLD的进展。（图1）

敲除肝细胞中Cav-1进而促进NAFLD中Fe²⁺的积累而加重肝损伤[1]

研究结论

综上所述，该研究采用肝细胞特异性Cav-1基因修饰小鼠，结合体内/体外实验，利用临床血清样本，证实肝脏中Cav-1主要通过激活肝细胞FTL/FTH途径抑制肝脏Fe²⁺的过度累积，最终缓解肝脏的损伤程度，而血清Cav-1有望成为监测铁离子水平变化的又一临床指标，该研究证实Cav-1是调控NAFLD进展的关键靶蛋白。

原文检索：

[1]Deng, GH., Wu, CF., Li, YJ. et al. Caveolin-1 is critical for hepatic iron storage capacity in the development of nonalcoholic fatty liver disease. Military Med Res 10, 53 (2023).

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