慢性酒精摄入通过细胞器特异性乙酰化重编程小鼠肝脏代谢的机制研究

为解决慢性酒精摄入如何通过蛋白质乙酰化调控肝脏代谢紊乱的问题，研究人员利用稳定同位素标记蛋白质组学、乙酰化组学和代谢分析技术，在小鼠模型中揭示了酒精诱导的线粒体酶和组蛋白乙酰化增加与胞质乙酰化受限的机制，发现乙酰化通过影响蛋白质周转导致代谢功能障碍，为酒精性肝病治疗提供了新靶点。

　　

研究背景
酒精性肝病是全球范围内日益严重的健康问题，其核心病理特征包括脂肪变性、炎症和代谢紊乱。尽管已知酒精代谢会干扰肝脏蛋白质稳态（proteostasis），但乙酰化修饰如何通过亚细胞区室特异性调控这一过程仍不明确。既往研究多局限于静态测量，无法揭示蛋白质动态周转与代谢重塑的关系。

研究设计与方法
东北俄亥俄医科大学的研究团队通过慢性乙醇喂养小鼠模型，结合²
H₂
O代谢标记技术，实现了全蛋白质组和乙酰化修饰的动态定量分析。实验采用配对喂养设计，通过LC-MS/MS检测蛋白质丰度与乙酰化位点，辅以代谢组学分析酰基-CoA、氨基酸和三羧酸循环中间产物。关键实验包括：

1. 同位素示踪（乙醇-d6）追踪酒精代谢流向
2. 蛋白酶体和自噬活性检测
3. Sirtuin去乙酰化酶活性测定

研究结果

1. 酒精诱导肝脏脂肪变性和损伤
慢性酒精摄入导致肝脏重量增加50%，伴随甘油三酯积累和氧化应激标志物升高，组织学显示典型脂肪变性和轻度炎症。

2. 细胞器特异性蛋白质周转失衡
动态蛋白质组学揭示：

• 线粒体代谢酶（如ATP合成酶亚基）周转率降低30%
• 胞质解毒酶（如谷胱甘肽S-转移酶）周转加速
• 组蛋白H3K18ac/H4K12ac乙酰化水平显著增加

3. 乙酰化修饰的区室化调控
机制研究发现：

• 线粒体：酒精通过抑制Sirt3活性（降低40%）和增加CrAT介导的乙酰肉碱转运，导致超乙酰化
• 细胞核：乙酰-CoA通过"乙酰肉碱穿梭"优先用于组蛋白修饰
• 胞质：Acly/Acss2下调限制乙酰-CoA可用性

4. 代谢网络紊乱
乙酰化异常引发：

• 脂肪酸β氧化受损（酰基肉碱谱改变）
• TCA循环阻滞（琥珀酰-CoA减少）
• 氨基酸代谢失调（谷氨酸积累5倍）

结论与意义
该研究首次阐明酒精通过重构亚细胞乙酰-CoA代谢池，驱动区室化乙酰化修饰，进而差异调控蛋白质周转的分子框架。线粒体蛋白乙酰化累积与功能抑制、核组蛋白超乙酰化、胞质乙酰化受限的"三重效应"，为理解酒精性肝病的代谢异质性提供了新视角。发表于《Molecular 》的这项成果，不仅揭示了乙酰化修饰作为代谢调控节点的核心地位，更为开发靶向乙酰化通路的治疗策略（如Sirt3激活剂）奠定了理论基础。