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为探究肝周脂滴线粒体（PDM）在代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）进展中的作用，美国辛辛那提大学医学院研究人员开展研究，发现肝 CM 和 PDM 功能有别且与疾病进展相关。该成果为 MASH 研究提供新视角，值得科研人员一读。
在当今社会，代谢综合征引发的肝脏问题日益受到关注。代谢功能障碍相关的脂肪性肝病（MASLD，曾被称为非酒精性脂肪性肝病 NAFLD），就像一颗 “定时炸弹”，在全球范围内威胁着人们的健康。据估计，全球 20 - 30% 的人口都受到 MASLD 的影响，它就像一个 “大家族”，从简单的肝脏脂肪堆积（肝脂肪变性）开始，一路发展，可能会变成脂肪性肝炎（MASH），甚至进一步恶化为肝硬化和肝细胞癌，导致肝脏相关的疾病和死亡。
让人头疼的是，虽然科研人员们一直在努力研究，但对于是什么因素控制着 MASLD 向 MASH 的发展，仍然没有完全搞清楚。大量研究表明，线粒体功能障碍和遗传因素在其中起着重要作用。可线粒体在 MASLD/MASH 的肝脏中究竟是如何发挥作用的呢？这还是个未解之谜。
脂质滴（LDs）是细胞内储存能量的 “小仓库”，它由中性脂质构成的疏水核心和周围的磷脂单分子层及多种特定蛋白质组成。LDs 与线粒体之间有着千丝万缕的联系，它们相互作用，影响着脂肪的合成（从头脂肪生成 DNL）和氧化（脂肪酸氧化 FAO）。之前的研究发现，在不同的组织中，线粒体与 LDs 的相互作用有着不同的表现，比如在饥饿时，它们的相互作用会增强，促进脂肪酸向线粒体运输进行氧化；而在脂肪细胞中，这种相互作用又能促进脂质储存。这些看似矛盾的发现让研究人员猜测，细胞内可能存在不同的线粒体亚群，它们各司其职，分别负责 DNL、脂肪酸酯化和 FAO。
确实，研究人员已经在健康动物的棕色脂肪组织（BAT）、白色脂肪组织（WAT）和肝脏中发现并鉴定出了不同的线粒体亚群。围绕着 LDs 的线粒体被称为周脂滴线粒体（PDM），而在细胞质中自由漂浮的则被称为细胞质线粒体（CM）。在 BAT 中，不同的温度条件下，PDM 和 CM 有着不同的功能；在 WAT 中，它们的功能也会随着 LDs 的大小而变化；在健康大鼠肝脏中，进食和禁食状态下，PDM 和 CM 的功能也有所不同。然而，在患病的肝脏中，尤其是在 MASH 的发展过程中，PDM 的作用仍然是个未知数。
为了揭开这个谜团，来自美国辛辛那提大学医学院药理学、生理学和神经生物学系的 Noble Kumar Talari 等人，在《Communications Biology》期刊上发表了一篇名为 “Functional compartmentalization of hepatic mitochondrial subpopulations during MASH progression” 的论文。他们通过研究发现，在 MASLD 向 MASH 发展的过程中，肝脏 CM 和 PDM 的水平呈现出相反的变化趋势，它们的蛋白质组在组成和功能上也截然不同。这一发现就像一把钥匙，为我们打开了理解 MASLD/MASH 发病机制的新大门，为未来的治疗提供了潜在的新靶点。
研究人员为了开展这项研究，用到了几个关键的技术方法。他们首先用透射电子显微镜（TEM）观察肝脏切片，来分析 LD - 线粒体的相互作用、线粒体的结构和 LD 的大小变化。接着，开发了一种基于蔗糖梯度差异的新方法来分离肝脏 CM 和 PDM。然后，运用定量蛋白质组学技术，对不同阶段的肝脏 CM 和 PDM 进行分析，研究它们蛋白质组的差异。最后，利用 Seahorse Bioanalyzer 测量线粒体的氧化能力和呼吸能力，还进行了免疫印迹分析来检测相关蛋白质的水平。
下面我们来详细看看他们的研究结果。
线粒体动力学和 LD 大小在 MASLD 进展过程中受到影响
研究人员选用了胆碱缺乏的 L - 氨基酸定义的高脂肪饮食（CDAHFD）小鼠模型，这个模型就像是一个 “疾病加速器”，可以快速诱导小鼠出现肝脏脂肪变性、炎症和纤维化。他们给 8 周大的雄性 C57BL/6J 小鼠喂食 CDAHFD，分别持续 3 周、6 周、9 周或 15 周，同时用喂食标准饲料 15 周的小鼠作为健康对照。在实验结束前，让小鼠禁食 4 小时。
通过组织学检查发现，健康对照组小鼠的肝脏几乎没有脂肪积累，而喂食 CDAHFD 的小鼠肝脏中，脂肪积累越来越多，并且随着时间的推移，肝脏纤维化程度也逐渐加重。TEM 分析显示，健康对照组和早期脂肪变性的小鼠肝脏中，线粒体较大且呈细长形，而随着疾病进展，线粒体变得又小又碎片化，同时 LD 的大小也在 6 周时显著增加。这表明 CDAHFD 饮食会显著影响线粒体的结构和 LD 的大小，但线粒体结构对 LD 积累或 MASH 进展的潜在作用还不清楚。
肝 CM 和 PDM 水平在 MASLD 进展过程中呈负相关
以往从动物组织中分离线粒体的方法，在分离肝脏 PDM 时遇到了难题，因为肝脏匀浆低速离心后形成的是一层薄薄的漂浮脂肪层，很难与其他成分分离。研究人员巧妙地利用 LDs 的浮力和蔗糖梯度的差异，成功开发出了一种新的分离方法。
通过这种方法，他们发现肝脏 CM 的水平在大多数情况下都明显高于 PDM。与健康对照组相比，CDAHFD 显著降低了肝脏 CM 的水平，而 PDM 的水平则在早期脂肪变性时升高，在疾病进展到晚期时降低。这种肝 CM 和 PDM 水平的相反变化趋势，让研究人员猜测它们在疾病进展过程中可能有着不同的功能。
肝 CM 和 PDM 的蛋白质组在组成和功能上截然不同
为了深入了解肝 CM 和 PDM 的差异，研究人员对它们进行了定量蛋白质组学分析。主成分分析（PCA）结果显示，在健康和 MASLD 条件下，肝 CM 和 PDM 有着明显不同的蛋白质组特征。进一步分析发现，在健康和脂肪变性的肝脏中，肝 CM 和 PDM 之间有更多显著差异的蛋白质，而随着纤维化的发展，这种差异逐渐减少。
基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析表明，肝 CM 主要与过氧化物酶体脂肪酸氧化、内质网和过氧化物酶体相关，而肝 PDM 则与氧化还原酶、电子传递链、ATP 合酶、三羧酸（TCA）循环和氨基酸生物合成等功能相关。这一系列结果表明，肝 CM 主要发挥氧化作用，而肝 PDM 则主要发挥合成代谢作用。
无论健康与否，肝 PDM 都具有增强的脂肪生成能力
研究人员利用 Seahorse Bioanalyzer 分析了新鲜分离的肝 CM 和 PDM 的氧化能力，发现无论在健康对照组、脂肪变性还是纤维化的小鼠肝脏中，肝 PDM 的丙酮酸氧化能力和 ATP 相关呼吸能力都显著高于肝 CM。而且，肝 PDM 中柠檬酸合酶（CS）的活性也更高，这进一步证实了肝 PDM 具有更高的 TCA 循环通量，能够为 DNL 提供更多的柠檬酸，从而支持 LD 的生物合成和扩张。
无论健康与否，肝 PDM 都具有更高的呼吸能力
研究人员还测量了冷冻的肝 CM 和 PDM 中线粒体复合物 II 和 IV 的呼吸能力，发现除了在晚期脂肪变性（6 周）时，肝 PDM 的复合物 II 和 / 或 IV 呼吸能力在健康对照组、早期脂肪变性和纤维化的肝脏中都显著高于肝 CM。免疫印迹分析表明，随着 MASLD 从脂肪变性发展到纤维化，肝 PDM 中至少有一种线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）蛋白的水平升高，这解释了为什么肝 PDM 具有更高的呼吸能力。
肝 CM 和 PDM 根据 MASLD 状态差异调节 FAO
在研究肝 CM 和 PDM 在脂肪酸氧化（FAO）中的作用时，研究人员发现，在健康对照组和早期脂肪变性时，肝 PDM 的 FAO 能力高于肝 CM，但在疾病后期，两者的 FAO 能力没有显著差异。而且，肝 PDM 的丙酮酸氧化能力始终高于 FAO 能力，这再次证明了肝 PDM 主要是用于脂肪生成的细胞器。在晚期脂肪变性（6 周）时，肝 PDM 的 FAO 能力下降，而肝 CM 的 FAO 能力则在疾病进展过程中逐渐增加，发挥了补偿性的分解代谢作用。
健康和早期脂肪变性时，肝 PDM 具有更高的 MFN2 蛋白水平
线粒体的融合和分裂对于维持其正常功能至关重要。研究人员发现，在健康对照组和早期脂肪变性时，肝 PDM 中的线粒体融合蛋白 2（MFN2）水平高于肝 CM，而随着疾病进展，两者的 MFN2 水平差异消失。相反，线粒体分裂蛋白动力相关蛋白 1（DRP1）的水平在疾病进展过程中，在肝 CM 中显著升高。这表明在疾病进展过程中，线粒体的融合逐渐被分裂所取代，肝 PDM 在健康和早期脂肪变性时通过独特的融合动力学来维持其完整性，而随着疾病进展，这种特性逐渐丧失。
综合以上研究结果，研究人员得出结论：肝 PDM 是健康和患病肝脏中专门用于脂肪生成的细胞器，在健康状态下，它还可以通过 FAO 来调节 LD 的大小，在早期脂肪变性时防止因营养过剩导致的脂毒性；随着 MASH 的进展，肝 PDM 的 FAO 能力受损，肝 CM 则承担起补偿性的分解代谢作用；肝 CM 和 PDM 具有独特的融合动力学来维持其蛋白质组的完整性，但这种特性在 MASH 进展过程中会逐渐丧失。
这项研究的意义重大。它首次明确了肝线粒体亚群在 MASLD/MASH 进展中的关键作用，为我们理解 MASLD/MASH 的发病机制提供了新的视角。虽然目前还存在一些局限性，比如蛋白质组学数据没有确定亚群特异性的分子靶点，开发针对单个线粒体亚群的小分子抑制剂也面临挑战，但研究人员相信在未来这些问题都能够得到解决。未来的研究可以进一步探索针对单个肝线粒体亚群的治疗潜力，以及它们在脂质积累、炎症和纤维化中的作用，为开发治疗 MASLD/MASH 的新方法提供理论基础。这就像为攻克 MASLD/MASH 这座 “大山” 找到了一条新的攀登路径，让我们离治愈这种疾病的目标又近了一步。
