铜锌共缺乏通过线粒体氧化应激抑制Sirt3/Foxo3/PPARα通路加剧鱼类模型肝脏脂毒性的机制研究

这篇研究首次揭示了铜（Cu）和锌（Zn）共缺乏通过线粒体氧化应激抑制Sirt3/Foxo3/PPARα通路，导致肝脏脂质沉积和代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）的分子机制。研究以黄颡鱼为模型，发现Cu/Zn共缺乏比单一缺乏更显著加剧脂毒性，为理解微量元素协同调控脂代谢提供了新视角。

　　

摘要

铜（Cu）和锌（Zn）是陆地动物必需的微量元素，单一缺乏可导致肝脏脂质沉积和代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）。然而，Cu和Zn共缺乏如何促进肝脏脂质沉积的机制尚不清楚。本研究首次发现，与单一缺乏相比，Cu和Zn共缺乏显著增加脂质沉积，诱导线粒体氧化应激，破坏线粒体结构和功能，并抑制肝细胞和肝脏组织的脂解作用。机制上，Cu和Zn共缺乏通过抑制去乙酰化酶Sirt3，增加Foxo3的乙酰化和降解，减少Foxo3与PPARα启动子的结合，从而加剧脂质沉积。

引言

全球约50亿人存在微量元素摄入不足，尤其在发展中国家，Cu和Zn共缺乏形成“双重营养不良”的公共卫生挑战。Cu和Zn是Cu/Zn超氧化物歧化酶（Cu/Zn-SOD）的核心成分，其缺乏会降低抗氧化能力，诱发氧化应激和MASLD。鱼类因其与哺乳动物相似的代谢途径和较低的金属解毒蛋白表达，成为研究金属离子调控脂代谢的理想模型。

材料与方法

研究以黄颡鱼为对象，设计四种饲料：对照组、Cu缺乏组（CuD）、Zn缺乏组（ZnD）和Cu/Zn共缺乏组（CuD+ZnD）。通过组织学、生化分析和分子实验评估肝脏脂质沉积、氧化应激及线粒体功能。体外实验采用Cu/Zn螯合剂（TM和TPEN）处理肝细胞，结合Sirt3激活剂（HNK）和siRNA技术验证机制。

结果

体内研究

1. 脂质代谢紊乱：CuD+ZnD组肝脏甘油三酯（TG）和游离脂肪酸（NEFA）含量显著高于单一缺乏组，且脂解酶CPT1活性和PPARα表达进一步降低。
2. 氧化应激与线粒体损伤：Cu/Zn共缺乏加剧Cu/Zn-SOD活性下降，导致线粒体DNA（mtDNA）减少、NAD⁺
   /NADH比值和ATP含量降低，线粒体嵴结构破坏。
3. Sirt3/Foxo3通路抑制：共缺乏组Sirt3蛋白表达和Foxo3核转位显著减少，Foxo3乙酰化和泛素化水平升高。

体外研究

1. 氧化应激介导损伤：Tempol和MitoTEMPO预处理可逆转CuD+ZnD诱导的mtROS积累和线粒体功能障碍。
2. Sirt3的关键作用：Sirt3敲除加剧Foxo3降解和PPARα抑制，而HNK激活Sirt3可恢复脂解功能。
3. Foxo3与PPARα的调控关系：Foxo3通过结合PPARα启动子（-363至-352 bp的TAATAAACATAT序列）调控其转录，Cu/Zn共缺乏削弱该结合活性。

讨论

研究揭示了Cu/Zn共缺乏通过“线粒体氧化应激→Sirt3抑制→Foxo3乙酰化/降解→PPARα转录下调→脂解障碍”的级联反应加剧脂毒性。这一通路在鱼类和哺乳动物中保守，为MASLD的干预提供了新靶点，如靶向Sirt3激活或Foxo3去乙酰化。

结论

Cu和Zn共缺乏通过线粒体氧化应激抑制Sirt3/Foxo3/PPARα轴，导致肝脏脂质沉积和代谢紊乱。研究不仅阐明了微量元素协同作用的分子机制，也为人类代谢性肝病的营养干预策略提供了理论依据。