甲状腺激素对肝细胞脂质代谢及肝星状细胞纤维化的调控作用及机制研究

《Molecular and Cellular Endocrinology》：Raman Spectroscopic Characterization of Liver Steatosis and Fibrosis in a 2D and 3D in vitro Thyroxine-Treated Hypothyroid Cellular Model

本研究聚焦于甲状腺功能减退症（甲减）患者接受左旋甲状腺素（T4）替代治疗后，代谢相关脂肪性肝病（MASLD）进展风险增加的问题。研究人员通过体外细胞模型（HepG2肝细胞和LX-2肝星状细胞）及3D肝球体模型，探讨了促甲状腺激素（TSH）和T4单独及联合作用对肝细胞脂质代谢和肝纤维化的影响。研究发现，高TSH水平诱导肝细胞脂质积累（通过de novo脂质生成）并改变脂肪酸饱和度，而T4治疗未能完全逆转此效应，反而在与TSH共处理时加剧了肝星状细胞的活化、胶原产生及炎症反应。该研究提示，标准的T4替代疗法在伴有MASLD的甲减患者中可能存在潜在风险，为优化甲状腺激素治疗策略提供了重要实验依据。

　　

甲状腺，这个位于颈部的蝴蝶状腺体，是人体新陈代谢的“总开关”。当其功能减退，即甲状腺功能减退症（甲减）发生时，患者通常需要终身服用左旋甲状腺素（T4）进行替代治疗。然而，一个不容忽视的临床现象是，甲减与代谢相关脂肪性肝病（MASLD，原名非酒精性脂肪性肝病，NAFLD）常常结伴而行。一方面，甲减患者发生MASLD的风险显著增高；另一方面，MASLD患者中甲减的患病率也远高于普通人群。更令人困惑的是，一些观察性研究发现，正在接受T4治疗的肥胖患者，其肝脏纤维化程度似乎比未治疗者更严重。这不禁让人产生疑问：我们常规使用的、被认为是“金标准”的T4替代疗法，对于同时患有MASLD的甲减患者而言，是否是一把“双刃剑”？它能否有效改善肝脏的脂肪堆积？还是会无意中助长肝纤维化的进程？为了回答这些关键问题，来自意大利的研究团队Nadia Geirola、Rosario Mare等在《Molecular and Cellular Endocrinology》杂志上发表了一项深入研究，旨在揭示T4和促甲状腺激素（TSH）在肝细胞脂质代谢和肝星状细胞活化中的复杂作用。

为了开展这项研究，研究人员主要运用了几项关键技术：他们使用了人肝癌细胞系HepG2和人肝星状细胞系LX-2作为体外模型，并构建了HepG2/LX-2共培养的3D肝球体模型以更好地模拟体内环境。研究的关键技术包括高效液相色谱法用于检测细胞对甲状腺激素的摄取，拉曼光谱技术用于无标记、高分辨率地分析细胞内的脂质含量、脂滴空间分布及脂肪酸饱和度（如区分饱和脂肪酸SFA、单不饱和脂肪酸MUFA、多不饱和脂肪酸PUFA和胆固醇酯CE），以及实时荧光定量PCR、蛋白质印迹和免疫荧光等技术用于检测基因和蛋白表达水平。

T4补充在TSH培养的HepG2细胞中不影响脂滴含量但改变其脂肪酸饱和度

研究人员首先证实了HepG2细胞能够有效摄取T4。随后，利用拉曼光谱技术对细胞内的脂滴进行了精细分析。结果发现，TSH处理增加了肝细胞内的总脂滴面积，而T4处理则降低了脂滴含量。令人意外的是，TSH和T4联合处理时，脂滴含量恢复至接近对照水平。进一步分析脂滴成分发现，TSH处理导致饱和脂肪酸/单不饱和脂肪酸（SFA/MUFA）和胆固醇酯（CE）比例增加，而多不饱和脂肪酸（PUFA）比例下降。相反，T4处理显著增加了MUFA的比例。TSH+T4联合处理则呈现出与T4单独处理相似的脂质组成特征，即PUFA减少，MUFA和CE增加。这些脂质饱和度的变化可能与细胞外信号调节激酶（ERK1/2）通路的调控有关。该部分研究表明，甲状腺激素不仅影响脂滴的数量，更关键的是调控其内部脂肪酸的组成。

De novo脂质生成由高TSH水平诱导且不被T4治疗逆转

为了探究脂质积累的机制，研究人员检测了de novo脂质生成相关基因的表达。结果显示，TSH处理以及TSH+T4联合处理显著上调了脂质合成关键酶基因（如ACLY、ACC1、ACC2、FASN）及其上游调控因子SREBP-1c和ChREBP的表达。与此一致，蛋白水平检测发现TSH和TSH+T4处理增强了蛋白激酶B（pAKT）和雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的磷酸化，这两个信号通路正性调控脂质合成。同时，参与脂滴形成和结构的脂周蛋白家族基因（如PLIN1、PLIN2、PLIN3、PLIN5）的表达也在TSH刺激下升高。而T4单独处理虽轻微上调了ACC1和ChREBP，但也促进了脂肪酸氧化关键基因CPT1α的表达，使得净脂质积累不明显。这些结果明确表明，模拟慢性甲减状态（高TSH）会通过激活de novo脂质生成途径导致甘油三酯（TG）积累，而外源性补充T4并不能有效逆转这一过程。

TSH诱导的肝脏胆固醇积累不被T4抑制

除了甘油三酯，胆固醇代谢也是MASLD的重要方面。研究发现，TSH处理以及TSH+T4联合处理降低了磷酸化腺苷酸活化蛋白激酶（pAMPK）的蛋白水平，同时上调了胆固醇合成调控基因SREBP2及其下游靶点HMGCR的表达。而T4单独处理则抑制了SREBP2的表达。这表明，TSH同样促进了肝脏胆固醇的合成，而T4对此的逆转作用有限。

T4处理的肝星状细胞（LX-2）显示细胞外基质增加

肝纤维化的核心是肝星状细胞（HSC）的活化。研究人员在LX-2细胞中发现，T4处理对细胞内脂质含量影响不大，但转化生长因子-β（TGF-β，阳性对照）、TSH以及TSH+T4处理均显著降低了脂质含量（HSC活化的标志之一）。更重要的是，通过拉曼光谱的真成分分析（TCA）和免疫荧光染色证实，TGF-β、TSH以及TSH+T4处理均增加了细胞内胶原I型（COL1A1）的表达。基因表达分析显示，TSH和TSH+T4处理上调了COL1A1基因表达。对于基质金属蛋白酶（MMP），TSH+T4处理特异性地提高了MMP9的表达。这些数据表明，TSH能够激活HSC促进胶原沉积，而T4的加入并未抑制反而可能加剧了这一促纤维化表型。

TSH和T4共处理的LX-2细胞显示更高水平的炎症

炎症是纤维化进程的“加速器”。研究发现，TSH+T4共处理显著升高了炎症小体关键组分NLRP3以及炎症因子IL1B和IL18的基因表达水平，表明其诱导了更强的炎症反应。

T4给药在3D肝球体中不改变脂滴含量，但与TSH联合时增加纤维化

为了在更接近生理的环境中验证上述发现，研究人员构建了HepG2和LX-2细胞共培养的3D肝球体模型。在该模型中，TSH处理增加了球体内的甘油三酯和胶原含量，而T4处理降低了甘油三酯。TSH+T4联合处理则显著提高了胶原水平，并上调了NLRP3和MMP9的基因表达，进一步支持了2D模型中的结论。

综上所述，这项研究系统地揭示了甲状腺激素在肝脏脂质代谢和纤维化中的双重作用。研究发现，高水平的TSH直接驱动肝细胞脂质（包括甘油三酯和胆固醇）的合成与积累，并改变脂滴中脂肪酸的饱和度。更为重要的是，标准替代药物T4并不能完全逆转TSH带来的脂质代谢紊乱。尤其值得关注的是，TSH和T4均能直接作用于肝星状细胞，促进其活化、胶原产生和炎症反应，且两者联合使用时这种促纤维化效应更为明显。

这项研究的意义重大。它首次在细胞和3D模型水平上，详细阐释了TSH和T4对肝细胞脂质代谢和肝星状细胞活化的直接影响，为理解甲减与MASLD/MASH（代谢相关脂肪性肝炎）共病的病理生理机制提供了新的视角。研究结果对临床实践具有重要的警示意义：对于同时患有甲减和MASLD/MASH的患者，常规的T4替代治疗可能需要更加审慎地评估。单纯将TSH水平控制在正常范围，可能不足以有效管理肝脏疾病，甚至可能在某些环节（如纤维化）产生不利影响。这呼吁临床医生在管理此类共病患者时，应综合考虑甲状腺功能和对肝脏的影响，并提示未来或需探索更具肝脏保护作用的甲状腺激素靶向药物（如甲状腺激素受体β激动剂Resmetirom）的应用前景。该研究为优化甲减患者的个体化治疗策略，特别是针对合并MASLD的患者，奠定了重要的理论基础。