果糖与卵泡抑素在肝脏完全胰岛素抵抗状态下加剧急性MASLD的作用及机制

《Nature Communications》：Fructose and follistatin potentiate acute MASLD during complete hepatic insulin resistance

在代谢相关脂肪性肝病（MASLD）与肝脏胰岛素抵抗（IR）密切关联但机制未明的背景下，研究人员探讨了在完全性肝脏IR模型中，高果糖饮食如何通过肝源性卵泡抑素（Fst）促进脂肪组织IR和脂解，进而加剧肝脏脂肪变性的病理过程。研究发现，果糖并非通过增强肝脏从头脂肪生成（DNL），而是通过提供甘油-3-磷酸（Gro3P）促进循环游离脂肪酸（FFA）的再酯化，从而在肝脏IR状态下驱动急性MASLD/代谢相关脂肪性肝炎（MASH）的发生。该研究揭示了肝脏-脂肪轴在MASLD进展中的新机制，为干预提供了新靶点。

　　

代谢相关脂肪性肝病（MASLD，原名非酒精性脂肪性肝病NAFLD）是全球最常见的慢性肝病之一，与肥胖、2型糖尿病（T2D）和胰岛素抵抗（IR）密切相关。传统观点认为，胰岛素在肝脏中的作用是双重的：在IR状态下，胰岛素抑制肝脏葡萄糖产生（HGP）的能力受损，但其刺激肝脏从头脂肪生成（DNL）的作用得以保留，这被称为“选择性胰岛素抵抗”。这一假说试图解释为何IR和T2D患者常伴有肝脏脂肪堆积。然而，这一观点面临挑战：在模拟完全性肝脏IR的基因工程小鼠模型（如肝脏特异性敲除胰岛素受体底物1和2的LDKO小鼠）中，即使喂食高脂饮食（HFD），小鼠会出现糖尿病，却不会发展成肝脏脂肪变性。这一现象与临床观察似乎矛盾，促使研究人员重新思考饮食成分和其他因素在MASLD发病中的关键作用。

为了解决这一矛盾，并深入探究在完全性肝脏IR背景下，特定饮食成分如何驱动MASLD的发生与发展，由Rongya Tao和Morris F. White等人领导的研究团队展开了一项深入研究。他们的研究成果《Fructose and follistatin potentiate acute MASLD during complete hepatic insulin resistance》发表在《Nature Communications》杂志上。研究揭示，在肝脏完全IR的情况下，高果糖饮食（而非单纯高脂饮食）能通过肝源性因子卵泡抑素（Follistatin, Fst）促进脂肪组织IR和脂解，并利用果糖代谢提供的甘油骨架，显著加剧肝脏脂肪变性和炎症纤维化进程。这项研究不仅挑战了“选择性IR”理论，还阐明了肝脏-脂肪轴在MASLD中的核心作用，为理解和管理MASLD提供了新的视角和潜在靶点。

本研究综合运用了多种关键技术方法。研究核心依赖于基因工程小鼠模型，包括肝脏特异性Irs1/Irs2双敲除（LDKO）、脂肪组织特异性Irs1/Irs2双敲除（FDKO）、以及在此基础上进一步敲除FoxO1（LTKO）或Fst（LDKOFstKO）等模型。小鼠被喂食不同的定制饲料，如高脂高果糖胆固醇的GAN饮食、高果糖饮食（HFruD60%）和高脂饮食（HFD45%）。研究通过葡萄糖耐量试验（GTT）评估全身糖耐量，通过组织学染色（H&E、油红O、Masson三色、天狼星红、Galectin-3免疫组化）分析肝脏病理变化，通过生化试剂盒检测肝脏和血清中的甘油三酯（TAG）、总胆固醇（TC）、游离脂肪酸（FFA）等脂质水平。利用RNA测序（RNA-seq）分析肝脏基因表达谱，通过蛋白质印迹（Western Blot）检测关键蛋白表达。代谢研究方面，采用了稳定性同位素示踪技术，如灌胃[U-¹³C₆]果糖后通过液相色谱-质谱联用（LC-MS）分析肝脏TAG中甘油骨架的标记情况，并使用³H₂O标记法测定肝脏DNL速率。此外，还利用了腺相关病毒（AAV）介导的肝脏Fst315过表达模型。临床关联分析部分基于德国图宾根糖尿病家族研究（TDFS）队列的数据，该队列包含210名有T2D家族史或代谢疾病风险因素的非糖尿病个体，通过磁共振波谱（¹H-MRS）测量肝脏脂肪含量，并通过ELISA检测血清FST水平。

研究结果

GAN饮食在完全性肝脏IR下促进急性MASLD和MASH

研究人员首先发现，与喂食普通饲料或HFD45%的LDKO小鼠不同，喂食GAN饮食（富含脂肪、果糖和胆固醇）的LDKO小鼠在短短10周内就出现了严重的肝脏脂肪变性、炎症和纤维化（MASH特征），并伴有高死亡率，而对照（Cntr）小鼠则表现轻微。LDKO小鼠血清呈现脂血状，甘油三酯（TAG）和游离脂肪酸（FFA）水平显著升高，表明存在严重的代谢紊乱。

HFruD60%在完全性肝脏IR下加剧MASLD

为了分离果糖的作用，研究人员给小鼠喂食不含过量脂肪和胆固醇的单纯高果糖饮食（HFruD60%）。结果发现，LDKO小鼠在喂食HFruD60% 10周或20周后，也出现了比对照小鼠更严重的肝脏脂肪变性、肝损伤和血清脂质升高，但未观察到明显的纤维化。这表明果糖是驱动肝脏脂肪堆积的关键膳食成分，而GAN饮食中的高脂肪和胆固醇则加速了向MASH的进展。

肝脏DNL对MASLD贡献微小

尽管发生了严重的脂肪肝，LDKO小鼠肝脏中与DNL相关的关键基因（如Srebp1c、Fasn等）表达和蛋白（如Acaca、Fasn）水平均显著低于对照小鼠。直接测定DNL速率（通过³H₂O掺入法）也证实LDKO小鼠的肝脏DNL显著低于对照小鼠。肝脏脂质组学分析显示，LDKO小鼠肝脏中积累的是富含不饱和脂肪酸的长链TAG，而非DNL产生的饱和脂肪酸，这提示肝脏TAG主要来源于循环FFA的再酯化，而非肝脏自身合成。

果糖促进LDKO小鼠肝脏FFA的再酯化

代谢组学分析发现，LDKO小鼠肝脏中的甘油-3-磷酸（Gro3P）水平显著升高。Gro3P是合成TAG的必需骨架。进一步的同位素示踪实验表明，给小鼠灌胃[U-¹³C₆]果糖后，¹³C标记主要出现在LDKO小鼠肝脏TAG的甘油骨架上，而未在脂肪酸链中检测到标记。这强有力地证明，在LDKO小鼠中，膳食果糖主要通过提供Gro3P，促进了来自脂肪组织脂解的循环FFA在肝脏中的再酯化，从而导致TAG堆积。

肝源性FoxO1→Fst信号通路是急性MASLD/MASH所必需的

LDKO小鼠由于肝脏IR导致转录因子FoxO1持续激活，进而上调并分泌Fst。研究人员通过基因敲除证实，删除肝脏FoxO1（LTKO小鼠）或删除肝脏Fst（LDKOFstKO小鼠）后，即使喂食GAN饮食，LDKO小鼠也不再发生严重的肝脏脂肪变性、纤维化和代谢异常。相反，在野生型小鼠肝脏中过表达Fst315（循环型Fst），能够加速高果糖或GAN饮食诱导的MASLD和肝纤维化。这表明肝源性Fst通过促进脂肪组织IR和脂解，是连接肝脏IR与MASLD的关键因子。

循环FST与人类脂肪组织IR和肝脏脂肪含量相关

对TDFS队列数据的分析显示，在非肥胖个体中，较高的血清FST水平与较低的脂肪组织胰岛素敏感性（AT-IS）和较高的肝脏脂肪含量显著相关。聚类分析进一步表明，高FST水平与臀部脂肪减少和肝脏脂肪增加相关，这与小鼠模型中观察到的Fst促进脂肪分解和脂肪重分布的现象一致。

结论与意义

本研究发现，在完全性肝脏胰岛素抵抗（如LDKO小鼠模型）背景下，高果糖饮食能通过一个不依赖于肝脏DNL的新机制，急剧加速MASLD乃至MASH的进程。该机制的核心是：肝脏IR通过FoxO1上调肝源性Fst的表达和分泌；Fst进而促进脂肪组织IR和脂解，导致大量FFA释放入血；同时，膳食果糖的摄入为肝脏提供了充足的Gro3P，从而极大地促进了循环FFA在肝脏中的再酯化，合成TAG并堆积，最终导致脂肪肝。炎症、纤维化等MASH特征可能由高脂、高胆固醇（如GAN饮食）等因素在脂肪堆积的基础上进一步加剧。

这项研究的意义重大。首先，它挑战了长期以来占主导地位的“选择性肝脏胰岛素抵抗”假说，强调了在进展期MASLD/MASH中，肝脏胰岛素信号可能接近完全失活状态，而肝脏脂肪堆积可由脂肪组织功能紊乱驱动的FFA流入所主导。其次，研究明确了膳食果糖在这一过程中的“助推器”作用，主要是通过提供再酯化底物而非直接增强DNL。第三，研究揭示了肝脏-脂肪轴（特别是肝源性Fst）在系统代谢紊乱和MASLD发生中的核心作用，为理解“瘦人”脂肪肝提供了机制解释。最后，研究结果表明，靶向肝源性Fst或其下游通路，可能成为治疗MASLD/MASH的新策略，尤其是在伴有脂肪组织IR的患者中。总之，该研究深化了对MASLD发病机制的理解，为未来开发新的干预措施奠定了重要的理论基础。