BRUCE/PTEN-STAT3轴通过调控线粒体代谢在脂肪肝向肝炎纤维化转变中的关键作用及机制研究

《Cell Death & Disease》：BRUCE liver-KO enhances MASLD/MASH development in the steatotic PTEN-KO background by impairing mitochondrial metabolism and activating STAT3

本研究针对代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）及其进展型MASH的发病机制不清问题，探讨了凋亡抑制蛋白BRUCE在肝脏代谢稳态中的作用。研究人员利用肝脏特异性基因敲除小鼠模型发现，BRUCE缺失通过损害线粒体脂肪酸β-氧化（FAO）和激活STAT3信号，与PTEN缺失协同加速MASLD向MASH的转化，并证实STAT3抑制剂TTI-101可缓解MASH表型，为靶向治疗提供了新策略。

　　

在全球范围内，代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）影响着高达30%的人口，其中部分患者会进展为更严重的代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH），其特征是肝脏脂肪变性、炎症和纤维化，并可进一步发展为肝细胞癌（HCC）。尽管患病人数众多，但驱动MASLD向MASH转变的具体分子机制仍不甚明了，这也限制了有效治疗策略的开发。近年来，科学家们注意到一个名为BRUCE（BIRC6）的蛋白，它最初被鉴定为凋亡抑制蛋白（IAP）家族成员，后续研究发现其在DNA损伤修复、自噬调控等多个细胞生命活动中扮演重要角色。值得注意的是，BRUCE在健康肝脏中高表达，但在约50%的MASLD/MASH患者肝脏样本中表达下调，这提示它可能在维持肝脏健康方面发挥着尚未被充分认识的作用。

为了深入探究BRUCE在MASLD/MASH发生发展中的功能，由Lixiao Che、Camille K. Stevenson、David R. Plas、Jiang Wang和Chunying Du组成的研究团队在《Cell Death & Disease》上发表了他们的最新研究成果。他们巧妙地选择了PTEN肝脏特异性敲除（PTEN-KO, PKO）小鼠作为研究的脂肪肝背景模型。PTEN是一个重要的肿瘤抑制因子，其功能丧失（如下调或突变）在人类肝病患者中并不少见。PTEN缺失会解除对AKT信号的抑制，导致AKT过度活化，进而驱动肝脏脂肪的从头合成（DNL），引起肝脏脂肪变性。相比依赖西方饮食诱导的模型，PTEN-KO模型能更稳定、可重复地模拟人类肝病中PTEN功能障碍导致的代谢紊乱，避免了饮食个体差异的干扰。

研究人员构建了肝脏特异性BRUCE单敲除（BKO）、PTEN单敲除（PKO）以及BRUCE/PTEN双敲除（DKO）小鼠模型。他们发现，在3月龄时，BKO小鼠开始出现轻微的MASLD，而PKO小鼠则表现出预期的脂肪肝表型。令人惊讶的是，DKO小鼠的肝脏病变最为严重，不仅脂肪堆积显著，还迅速出现了肝细胞气球样变、炎症细胞浸润和纤维化等MASH特征，将PTEN单敲小鼠通常需要10个月才出现的MASH表型加速至2-3个月，加速了约4倍。这表明BRUCE的缺失极大地加剧了PTEN缺失背景下的肝脏病变进程。

为了阐明背后的机制，研究团队进行了一系列深入的探索。他们发现，PTEN缺失主要通过激活PI3K-AKT通路，上调乙酰辅酶A羧化酶（ACLY）和脂肪酸合酶（FASN）等关键脂生成基因的表达，促进脂肪合成（PTEN-KO → AKT → DNL）。而BRUCE的缺失则并不影响这条通路，而是独特地损害了肝细胞的线粒体功能。通过Seahorse能量代谢分析仪检测，他们发现BKO和DKO小鼠的原代肝细胞线粒体基础呼吸、最大呼吸能力和ATP产生均显著受损，特别是脂肪酸氧化（FAO）能力明显下降。重要的是，线粒体的数量（通过TOM20免疫荧光标记评估）在各组间没有差异，说明问题出在线粒体功能本身，而非数量减少。这就揭示了一个“双重打击”模型：PTEN缺失导致脂肪“过度生产”（第一重打击），而BRUCE缺失则导致脂肪“燃烧”障碍（第二重打击）。两者协同，造成了肝脏脂质代谢的严重失衡，从而急剧恶化了脂肪肝。

进一步的探究发现，DKO小鼠肝脏中活性氧（ROS）水平显著升高，DNA损伤标志物γH2AX、凋亡标志物cleaved caspase-3和TUNEL阳性细胞数以及增殖标志物Ki67阳性细胞数均大幅增加，说明在双重打击下，肝脏经历了严重的氧化应激、DNA损伤、细胞死亡和代偿性增殖。这些病理变化共同营造了一个促进炎症和纤维化的微环境。

那么，是什么分子枢纽整合了这些复杂的应激信号，驱动了MASH的进展呢？研究人员将目光投向了信号转导与转录激活因子3（STAT3）。STAT3是一个关键的炎症和纤维化调节因子，其Tyr705位点的磷酸化（pSTAT3-Y705）是其活化的重要标志。蛋白质印迹（Western Blot）和免疫组织化学（IHC）结果均显示，只有在DKO小鼠的肝脏中，pSTAT3-Y705水平显著升高，且定位于肝细胞和非实质细胞（NPCs）的细胞核内。这表明BRUCE和PTEN的双重缺失特异性地导致了STAT3的活化。

为了验证STAT3活化是否是MASH进展的关键驱动因素，研究团队使用了选择性STAT3抑制剂TTI-101对DKO小鼠进行为期三周的干预。令人振奋的是，TTI-101治疗显著减轻了DKO小鼠的肝脏肿大、脂肪变性、炎症细胞浸润和胶原沉积。RNA测序（RNA-seq）分析进一步证实，TTI-101下调了STAT3调控的促纤维化基因、细胞外基质相关基因（如多种胶原和基质金属蛋白酶MMPs）和炎症介质基因的表达，同时恢复了线粒体呼吸、脂肪酸氧化和抗氧化基因的表达水平。这些结果确立了“BRUCE/PTEN-STAT3”这一全新的致病轴心，其中STAT3的过度活化是连接代谢紊乱与炎症纤维化的核心分子开关。

最后，研究团队在人类临床样本中验证了这一轴心的临床相关性。对人类MASH肝脏样本的免疫组织化学分析显示，与健康对照组相比，MASH样本中BRUCE和PTEN的蛋白表达明显下调，而核内pSTAT3-Y705信号则显著增强，且三者表达呈负相关。对公共基因表达数据库（GSE162694）的分析也表明，随着肝纤维化程度（F0-F4）和疾病活动度评分（NAS）的增加，BIRC6和PTEN的mRNA表达水平呈现协同下降的趋势，而STAT3的mRNA水平变化不大，支持其活化主要发生在翻译后修饰（磷酸化）层面。这有力地证明了BRUCE/PTEN-STAT3轴在人类MASH疾病中同样存在且具有重要病理意义。

本研究主要应用了以下关键技术方法：利用Cre-loxP系统构建肝脏特异性基因敲除小鼠模型；通过组织学染色（H&E、油红O、天狼星红）、免疫组织化学/免疫荧光（IHC/IF）和TUNEL法进行肝脏病理表型分析；采用Seahorse能量代谢分析系统评估原代肝细胞的线粒体呼吸功能和脂肪酸氧化能力；运用蛋白质印迹（Western Blot）和定量实时聚合酶链式反应（qRT-PCR）检测蛋白表达和磷酸化水平以及基因表达；通过RNA测序（RNA-seq）进行转录组学分析；使用STAT3特异性抑制剂TTI-101进行体内药理学干预；并分析了来自GEO数据库的人类肝脏转录组数据和本研究的临床样本队列以验证临床相关性。

BRUCE liver-KO enhances MASLD/MASH development in the steatotic PTEN-KO background by impairing mitochondrial metabolism and activating STAT3

1. BRUCE liver-KO exacerbates MASLD in steatotic background provided by PTEN liver-KO.

通过对人类MASLD/MASH肝脏转录组数据的分析，证实BIRC6基因表达下调。研究人员构建了肝脏特异性BRUCE单敲（BKO）、PTEN单敲（PKO）及双敲（DKO）小鼠模型。表型分析发现，在2-3月龄时，PKO小鼠出现预期脂肪肝，BKO小鼠肝脏形态正常或仅轻度脂肪变，而DKO小鼠则表现出最严重的肝脏肿大、苍白和脂肪变性，甚至出现肝细胞气球样变，表明BRUCE缺失在PTEN缺失的脂肪肝背景下加速了MASLD的发生。

2. BRUCE-KO drives hepatic steatosis through impaired mitochondrial functions.

机制探讨表明，PTEN缺失通过激活AKT信号（pAKT-S⁴⁷³）及其下游底物GSK3β（pGSK3β-S⁹），上调脂生成基因ACLY和FASN的表达，驱动脂肪从头合成（DNL）。而BRUCE缺失并不影响AKT信号或脂生成基因，但其原代肝细胞表现出线粒体基础呼吸、最大呼吸能力和ATP产生显著受损。脂肪酸氧化（FAO）测定进一步证实BRUCE缺失导致肝细胞脂肪酸β-氧化能力严重下降。线粒体数量（TOM20标记）未发生改变，说明是功能缺陷。这揭示了BRUCE和PTEN通过不同途径影响脂质代谢：PTEN抑制合成，BRUCE促进分解。双敲小鼠遭受合成过多和分解障碍的“双重打击”，导致脂质严重堆积。

3. BRUCE liver-KO exacerbates hepatic oxidative stress, DNA damage and apoptosis in steatotic background provided by PTEN liver-KO.

DKO小鼠肝脏活性氧（ROS）水平显著升高。同时，只有DKO小鼠肝脏表现出明显的DNA损伤（γH2AX焦点）、细胞凋亡（cleaved caspase-3和TUNEL阳性）以及代偿性增殖（Ki67阳性）。这表明在BRUCE和PTEN双重缺失造成的代谢压力下，氧化应激急剧增强，加之BRUCE缺失本身削弱了DNA修复和抑制凋亡的能力，共同导致了严重的肝细胞损伤和死亡。

4. BRUCE liver-KO accelerates MASLD-to-MASH progression in DKO mice.

对MASH标志物的分析显示，DKO小鼠肝脏出现显著的炎症细胞浸润（巨噬细胞F4/80⁺和中性粒细胞NIMP-R14⁺）和纤维化（α-SMA⁺活化的肝星状细胞和天狼星红⁺胶原沉积）。基因表达分析也证实促炎和促纤维化通路激活。此外，胆管反应（CK19⁺）、SOX9、CD44和β-catenin等与慢性肝损伤和纤维化进展相关的标志物也显著上调。BRUCE缺失使得PTEN-KO小鼠的MASH发生时间从约10个月大幅提前至2-3个月。

5. The BRUCE/PTEN-STAT3 axis drives MASLD-to-MASH progression in DKO mice.

研究发现STAT3的酪氨酸705位点磷酸化（pSTAT3-Y⁷⁰⁵）仅在DKO小鼠肝脏中特异性激活。使用选择性STAT3抑制剂TTI-101干预DKO小鼠，能显著改善肝脏肿大、脂肪变性、炎症和纤维化。转录组分析表明TTI-101下调了STAT3靶向的促纤维化、促炎基因，同时上调了线粒体功能和抗氧化基因。这证明STAT3是BRUCE/PTEN缺失下游驱动MASH进展的核心分子。

6. Clinical relevance of the BRUCE/PTEN-STAT3 axis.

在人类MASH肝脏样本中，观察到BRUCE和PTEN蛋白表达下调与核pSTAT3-Y⁷⁰⁵信号增强呈负相关。对大型临床队列数据的生物信息学分析显示，BIRC6和PTEN的mRNA水平在MASH患者中协同下降，且其下调程度与纤维化分期（F0-F4）和疾病活动度评分（NAS）正相关，而STAT3 mRNA水平无显著变化。这从临床角度验证了BRUCE/PTEN-STAT3轴在人类MASH中的重要作用和保守性。

本研究结论和讨论部分强调，BRUCE和PTEN通过互补的机制协同发挥肝脏保护作用：BRUCE维持线粒体脂肪酸氧化和能量稳态（BRUCE→线粒体→FAO），而PTEN抑制AKT驱动的脂肪生成（PTEN-| AKT→DNL）。两者的双重缺失产生“双重打击”效应，导致严重的脂肪堆积和氧化应激，进而超活化STAT3，从而驱动MASLD向MASH的转变。STAT3抑制剂TTI-101的治疗效果确立了STAT3作为该通路下游关键治疗靶点的地位。

这项研究的重大意义在于首次将BRUCE界定为一个新型的MASH抑制因子，它独特地整合了调控线粒体代谢、维护基因组稳定和保障细胞存活三大功能，其缺失会同时导致脂质清除障碍、DNA损伤累积和细胞死亡，完美地解释了为何能急剧加速MASH的进程。所揭示的BRUCE/PTEN-STAT3致病轴不仅为理解MASLD/MASH的发病机制提供了新的框架，而且为针对BRUCE/PTEN低表达患者亚群的精准治疗（如STAT3抑制剂）提供了理论依据和实验证据，具有重要的转化医学价值。尽管STAT3是关键驱动因素，但讨论也指出其他信号节点（如STAT1、JAK激酶）可能也参与其中，这为未来研究指明了方向。在当前仅有少数药物获批用于MASH的背景下，针对BRUCE/PTEN-STAT3轴的治疗策略有望与现有代谢疗法（如Rezdiffra、Wegovy）形成互补，为患者提供更全面有效的治疗选择。