Activin E缺失通过白色脂肪组织功能障碍驱动非肥胖型代谢功能障碍相关脂肪性肝炎的机制研究

《Biochemical Systematics and Ecology》：Involvement of Activin E depletion in metabolic dysfunction-associated steatohepatitis

本研究针对代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）缺乏有效治疗模型的难题，探讨了肝脏因子Activin E缺失在MASH发病中的作用。研究人员通过构建Activin E基因敲除（KO）小鼠并结合高脂饮食（HFD）诱导，发现该模型呈现出典型的非肥胖型MASH表型，其特征为肝脏脂肪变性、气球样变、炎症浸润和纤维化，并伴随白色脂肪组织（WAT）质量减少和胰岛素抵抗。RNA测序分析进一步揭示了炎症和纤维化相关通路的激活。该研究不仅明确了Activin E作为脂肪-肝脏代谢通讯的关键调节因子，还为非肥胖型MASH的机制研究和药物开发提供了新型动物模型。

　　

在当今社会，代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）及其更严重的阶段——代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）——已成为日益严重的全球性健康问题。传统观点认为，肥胖是MASLD/MASH的主要驱动因素。然而，临床观察发现，相当一部分患者体重正常或偏瘦，却依然罹患此病，这种情况被称为“非肥胖型”或“瘦型”MASLD/MASH。这种现象在亚洲人群中尤为常见，给诊断和治疗带来了巨大挑战。目前，针对MASH的特效药物依然匮乏，生活方式干预效果有限，其根本原因在于对疾病发病机制，特别是非肥胖型MASH的病理生理过程理解不足。因此，开发能够模拟人类非肥胖型MASH的动物模型，对于揭示疾病机理和筛选有效疗法至关重要。

在这一背景下，一种名为Activin E的肝脏特异性因子（肝因子）引起了研究人员的注意。Activin E属于转化生长因子-β（TGF-β）超家族，既往研究表明它可能参与能量代谢的调节。例如，Activin E过表达可以激活棕色脂肪和米色脂肪，促进能量消耗，并可能改善胰岛素敏感性，这暗示其可能具有抗代谢疾病的潜力。但另一方面，在一些MASLD患者和动物模型中，肝脏Activin E的表达反而升高，提示其可能对脂质代谢产生不利影响，作用机制存在争议。更有趣的是，前期研究发现，Activin E基因敲除（KO）小鼠在高脂饮食（HFD）喂养下，虽然能够抵抗肥胖，但会出现白色脂肪组织（WAT）减少和肝脏脂肪堆积的矛盾现象。然而，Activin E缺失是否直接导致MASH典型的炎症和纤维化等严重病变，尚未有系统研究。

为了解答Activin E缺失是否参与MASH的发生发展，特别是其在非肥胖表型MASH中的作用，来自日本大学的研究团队在《Biochemical Systematics and Ecology》上发表了他们的最新研究成果。他们假设，Activin E的缺失会破坏脂肪组织的正常功能，导致脂质储存障碍，大量游离脂肪酸涌入肝脏，从而引发并加速MASH的进程。为了验证这一假说，他们对Activin E-KO小鼠进行了长期的高脂饮食干预，并系统评估了其代谢表型、肝脏病理改变、组织学特征和分子表达谱。

本研究采用的关键技术方法主要包括：利用Activin E基因敲除（KO）小鼠模型进行高脂饮食（HFD）诱导；通过组织称重、血液生化分析（检测ALT、AST、NEFA、胰岛素等）和胰岛素耐量试验评估全身代谢状态；采用苏木精-伊红（H&E）染色、天狼星红染色、油红O染色以及F4/80免疫组织化学染色等多种组织学技术，详细观察肝脏脂肪变性、炎症、气球样变、纤维化以及肝脏冠样结构（hCLSs）和脂肪组织冠样结构（CLSs）的形成；并应用RNA测序（RNA-seq）和基因本体论（GO）分析对肝脏组织的基因表达谱进行高通量筛选和功能富集分析。

3.1. 高脂饮食喂养的Activin E-KO小鼠肝脏重量增加

研究人员首先观察了小鼠的宏观表型。经过12周的高脂饮食喂养，雄性Activin E-KO小鼠与野生型（WT）小鼠的体重和摄食量没有显著差异，说明KO小鼠并未发生肥胖。然而，与WT小鼠相比，Activin E-KO小鼠的肝脏明显增大，肝脏重量显著增加。相反，其附睾、腹股沟、肾周和肠系膜等多种白色脂肪组织（WAT）的重量却显著低于WT小鼠。即使在喂养6周高脂饮食后，Activin E-KO小鼠也表现出肝脏重量增加和脂肪组织重量减少的趋势。这一结果表明，Activin E的缺失选择性地导致了肝脏肿大和脂肪组织萎缩，呈现出一种独特的“非肥胖”但“脂肪肝”的表型。

3.2. Activin E-KO小鼠肝脏呈现MASH样表型

对肝脏进行细致的组织学检查发现，Activin E-KO小鼠肝脏中央静脉区域存在大量充满脂滴的气球样肝细胞，而WT小鼠则无此现象。油红O染色证实了肝脏存在严重的脂肪变性，Activin E-KO小鼠肝脏的脂滴面积显著大于WT小鼠。此外，在气球样细胞中观察到了Mallory-Denk样小体。更重要的是，通过F4/80抗体免疫染色，发现在Activin E-KO小鼠肝脏中，巨噬细胞环绕脂质肝细胞形成的肝脏冠样结构（hCLSs）数量显著增多。天狼星红染色显示，喂养10-12周后，Activin E-KO小鼠中央静脉周围的纤维化面积明显大于WT小鼠。根据非酒精性脂肪性肝病活动度评分（NAS）进行评估，所有Activin E-KO小鼠的总分均≥5分，达到了MASH的诊断标准。这些组织学证据充分证明，Activin E-KO小鼠在高脂饮食喂养下确实发展出了典型的MASH病变。

3.3. Activin E-KO小鼠肝脏中MASH相关基因的表达

为了在分子层面揭示机制，研究人员对喂养6周高脂饮食的小鼠肝脏进行了RNA测序（RNA-seq）分析。结果显示，与WT小鼠相比，Activin E-KO小鼠肝脏中有大量与MASH特征相关的基因表达发生显著改变。基因本体论（GO）分析表明，与白细胞迁移、炎症反应和免疫反应相关的通路被显著激活。具体而言，与脂质积累（如Cidea, Serpine1）、炎症（如Fos, Tnf, Ccl2）和纤维化（如Gadd45a, Cxcl10）相关的基因表达上调。值得注意的是，Gadd45a和Fzd7等基因在人类MASH患者中也发现表达升高。然而，与肝脏de novo（从头）脂质生成相关的关键基因（如Srebf1, Fasn等）表达并无显著差异，提示肝脏脂肪堆积并非源于肝脏自身合成脂质增加，更可能是外来脂肪酸流入增多所致。

3.4. Activin E-KO小鼠白色脂肪组织脂肪积聚减少

对白色脂肪组织（WAT）的分析显示，Activin E-KO小鼠的脂肪细胞体积显著小于WT小鼠。同时，除了棕色脂肪组织（BAT）外，各种WAT中的冠样结构（CLSs）数量在Activin E-KO小鼠中呈现减少趋势，其中附睾WAT中的CLSs数量显著减少。这表明，Activin E的缺失抑制了脂肪细胞在能量过剩时的正常肥大和脂质储存，同时减轻了由此引发的脂肪组织炎症。这种脂肪组织“功能不全”的状态，与肝脏的严重病变形成了鲜明对比。

3.5. 血液参数和胰岛素抵抗的MASH样表现

血液生化分析显示，Activin E-KO小鼠的血清丙氨酸转氨酶（ALT）、天冬氨酸转氨酶（AST）和乳酸脱氢酶（LDH）水平显著升高，表明存在肝损伤。虽然血糖和甘油三酯（TG）水平无差异，但血清非酯化脂肪酸（NEFA）和胰岛素浓度以及脂肪组织胰岛素抵抗指数（Adipo-IR）均显著高于WT小鼠。胰岛素耐量试验进一步证实Activin E-KO小鼠的胰岛素敏感性降低。这些数据表明，Activin E缺失导致了全身性的胰岛素抵抗和脂肪组织功能障碍，表现为脂解作用增强，血液中游离脂肪酸和胰岛素水平升高，为肝脏脂肪变性和MASH发展提供了代谢环境。

3.6. Activin E-KO小鼠对高脂饮食反应的性别特异性差异

研究还考察了性别的影响。与雄性小鼠相比，雌性Activin E-KO小鼠需要更长时间（16周）的高脂饮食喂养才能出现明显的肝脏重量增加和脂肪变性。虽然雌性小鼠也出现了肝细胞气球样变、hCLSs增多和中央静脉周围纤维化，但其病变程度较雄性小鼠轻。此外，雌性Activin E-KO小鼠的附睾WAT脂肪细胞大小和CLSs数量与WT雌鼠相比无变化，但它们同样在喂养10周后出现了胰岛素敏感性下降，并在16周后出现血糖升高和Adipo-IR指数恶化。这种性别差异可能与雌激素的保护作用有关，例如雌激素能促进脂质代谢和Ucp1表达，从而延缓疾病进程。

综上所述，本研究通过系统的表型分析、组织学评估和分子生物学技术，证实了Activin E缺失在高脂饮食诱导下会引发典型的非肥胖型MASH。其核心机制在于：Activin E的缺失破坏了其在白色脂肪组织中的正常功能，可能包括抗脂解作用和促进米色化作用，导致脂肪组织脂质储存能力下降和胰岛素抵抗。这使得大量游离脂肪酸涌入肝脏，造成肝脏脂肪堆积、氧化应激、炎症细胞浸润和纤维化，最终发展为MASH。值得注意的是，肝脏的脂质堆积并非由于肝脏自身合成增加，而是外来脂肪酸输入增多的结果。

这项研究的重要意义在于：首先，它首次全面揭示了Activin E在防止非肥胖型MASH中的关键保护作用，明确了其作为脂肪-肝脏代谢轴核心调节因子的地位。其次，研究成功建立并表征了Activin E-KO小鼠这一新型的非肥胖型MASH动物模型，该模型很好地模拟了临床上一类重要但研究不足的MASH亚型——瘦型MASH，为后续的病理机制深入探索和药物筛选提供了不可多得的平台。最后，研究揭示的性别差异与人类MASH的流行病学特征相符，进一步增强了该模型的临床相关性。未来，基于此模型的研究有望揭示Activin E信号通路的具体作用机制，并可能为开发针对Activin E或其下游靶点的MASH治疗策略开辟新的道路。