脂肪源间充质干细胞通过DDIT4/PGC-1α轴调控线粒体功能减轻对乙酰氨基酚肝损伤的作用与机制研究

《Stem Cell Research & Therapy》：Adipose-derived mesenchymal stem cell therapy modulates mitochondrial function to attenuate acetaminophen-induced liver injury by DDIT4/PGC-1α axis

本研究针对对乙酰氨基酚（APAP）过量引发药物性肝损伤（AILI）后缺乏有效治疗手段的临床难题，系统探讨了脂肪源间充质干细胞（AMSCs）通过激活DDIT4/PGC-1α通路，增强线粒体自噬（mitophagy）与生物合成（mitochondrial biogenesis），从而修复线粒体功能、缓解肝坏死的保护机制。研究首次揭示DDIT4/PGC-1α轴在干细胞疗法调控线粒体稳态中的核心作用，为开发靶向该通路的药物或细胞替代疗法提供了理论依据。

　　

对乙酰氨基酚（APAP）是常用的解热镇痛药，但过量服用会引发严重的药物性肝损伤，甚至导致急性肝衰竭。目前临床唯一特效解毒剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）存在治疗窗口窄、副作用明显等局限，亟需开发新疗法。APAP肝毒性的核心机制是线粒体功能障碍：其代谢产物NAPQI消耗谷胱甘肽（GSH），引发氧化应激，直接损伤线粒体蛋白，导致能量衰竭和肝细胞坏死。近年来，间充质干细胞（MSCs）因其多向分化潜能和免疫调节功能，在肝病治疗中展现出潜力，但其调控线粒体功能的具体机制尚不明确。

为探索干细胞疗法能否通过修复线粒体功能缓解APAP肝损伤，浙江大学医学院附属第一医院研究团队在《Stem Cell Research & Therapy》发表最新研究，通过构建APAP肝损伤小鼠模型，结合肝细胞特异性DDIT4基因敲除（Ddit4^△Hep）、单细胞RNA测序（snRNA-seq）、空间转录组学及体外共培养体系，系统阐明了AMSCs通过DDIT4/PGC-1α轴激活线粒体自噬与生物合成，从而逆转肝损伤的分子通路。

研究主要采用以下关键技术：通过尾静脉注射AMSCs进行体内治疗评估；利用肝细胞特异性基因敲除小鼠（Ddit4^△Hep）验证靶点功能；通过氧消耗率（OCR）和线粒体膜电位（ΔΨm）检测线粒体功能；借助透射电镜（TEM）观察线粒体超微结构；采用免疫印迹（WB）、免疫荧光和qPCR分析蛋白与基因表达；结合人类AILI患者单细胞测序数据（GSE223581）和空间转录组数据（GSE223559）进行临床相关性验证。

3.1 AMSCs缓解APAP肝损伤中的氧化应激与线粒体功能障碍

研究显示，AMSCs治疗显著降低APAP小鼠血清ALT/AST水平及肝组织坏死面积，提升肝脏GSH含量，降低丙二醛（MDA）和3-硝基酪氨酸（3-Nitrotyrosine）等氧化应激标志物。线粒体功能检测表明，AMSCs恢复APAP引起的线粒体膜电位下降和ROS积累，证实其抗氧化和线粒体保护作用。

3.2 AMSCs通过增强线粒体生物合成与自噬改善线粒体功能

基因集富集分析（GSEA）显示，AMSCs显著上调氧化磷酸化（OXPHOS）通路相关基因。WB和OCR检测证实AMSCs恢复线粒体OXPHOS亚基表达和氧消耗能力。同时，AMSCs增加线粒体DNA（mtDNA）含量和线粒体质量标志蛋白TOM20，并上调PGC-1α、TFAM、NRF1等线粒体生物合成关键因子。透射电镜观察到AMSCs组线粒体自噬体增多，WB显示线粒体中PINK1、Parkin和LC3B-II表达升高，P62下降，表明AMSCs激活PINK1/Parkin介导的线粒体自噬。

3.3 DDIT4是AMSCs发挥保护作用的关键分子

RNA-seq发现AMSCs显著上调肝细胞中DDIT4表达。人类AILI肝细胞snRNA-seq和空间转录组分析显示，DDIT4在坏死周边区肝细胞中高表达。在小鼠模型中，AMSCs进一步促进APAP损伤肝细胞中DDIT4表达。肝细胞特异性敲除DDIT4后，小鼠对APAP敏感性增强，JNK活化加剧，肝坏死加重，且AMSCs的治疗效果消失，证实DDIT4是AMSCs作用的核心介质。

3.4 DDIT4缺失逆转AMSCs介导的线粒体重塑

Ddit4^△Hep小鼠线粒体OXPHOS亚基表达降低，电镜下可见线粒体肿胀、基质密度下降，自噬体结构减少。AMSCs无法在敲除鼠中诱导PGC-1α表达、mtDNA合成或线粒体自噬，表明DDIT4是AMSCs调控线粒体稳态的必要条件。

3.5 DDIT4通过PGC-1α调控线粒体功能

过表达DDIT4可激活PGC-1α及其下游TFAM，促进PGC-1α核转位。在DDIT4敲除细胞中，AMSCs无法诱导PGC-1α表达。使用PGC-1α抑制剂SR-18292或siRNA干扰后，AMSCs对线粒体生物合成、自噬及OCR的促进作用被逆转。相反，PGC-1α激动剂ZLN005可缓解Ddit4^△Hep小鼠的肝损伤，证明PGC-1α是DDIT4的下游效应因子。

3.6 AMSCs通过DDIT4/PGC-1α通路改善小鼠肝损伤

体内实验显示，AMSCs促进肝细胞PGC-1α表达及其靶基因Nrf1、Tfam转录，而DDIT4敲除或SR-18292处理均阻断该效应。ZLN005激活PGC-1α可部分挽救Ddit4^△Hep小鼠的肝损伤，进一步验证DDIT4/PGC-1α轴的核心地位。

讨论与结论

本研究首次揭示AMSCs通过上调损伤肝细胞中DDIT4，激活PGC-1α依赖性线粒体生物合成与自噬，协同维持线粒体质量控制，从而缓解APAP肝损伤。机制上，DDIT4可能通过抑制mTORC1-ULK1通路促进自噬起始。尽管AMSCs还可能通过分泌HGF、调控NRF2等通路发挥作用，但DDIT4/PGC-1α轴是其线粒体保护功能的核心。研究为干细胞疗法提供了新靶点，未来可开发小分子PGC-1α激动剂或DDIT4调控策略，替代细胞治疗的应用瓶颈。

研究结论强调，AMSCs疗法通过DDIT4/PGC-1α轴增强线粒体功能，为AILI提供了新的治疗策略，同时为干细胞调控线粒体稳态的机制研究奠定了重要理论基础。