DNA修复缺陷通过线粒体功能障碍促进脂质积累的机制研究

本研究针对肥胖与代谢疾病的分子机制，通过构建OGG1/MUTYH/NTHL1基因敲低的HepG2细胞模型，首次系统揭示了碱基切除修复（BER）缺陷通过线粒体功能紊乱（β-氧化抑制、质子漏增加）加剧脂质积累的分子途径，为代谢综合征的防治提供了新靶点。

　　

在现代社会，肥胖及其引发的代谢综合征已成为全球公共卫生危机。尽管高热量饮食和缺乏运动被普遍归因，但双生子研究揭示遗传因素贡献了20%的体重指数变异。有趣的是，动物实验发现碱基切除修复（Base Excision Repair, BER）通路的关键基因如OGG1和NEIL1敲除会导致自发性肥胖，这提示DNA修复系统可能与代谢调控存在隐秘联系。然而，人类研究中BER缺陷与脂质代谢紊乱的直接证据仍然匮乏，特别是线粒体功能在这一过程中的作用机制亟待阐明。

针对这一科学空白，荷兰马斯特里赫特大学（Maastricht University）药理与毒理学系的Houan Tu等研究人员设计了一项概念验证研究。他们选择肝细胞系HepG2作为模型，通过慢病毒shRNA构建OGG1、MUTYH和NTHL1三种DNA糖苷酶的稳定敲低（KD）细胞系，模拟人类BER基因突变导致的修复缺陷状态。研究团队采用油红O染色定量脂质积累，结合Fpg酶修饰的彗星实验检测DNA氧化损伤，并通过Seahorse线粒体压力测试和β-氧化酶活分析揭示代谢变化。这些创新方法的应用，使研究者能够系统评估BER缺陷在脂质代谢紊乱中的因果作用。

基因敲低模型的验证

通过qRT-PCR确认，OGG1、MUTYH和NTHL1的mRNA表达分别降至对照组的36.1%、47.5%和11.6%。功能性彗星实验显示，三种KD细胞的BER活性显著降低至对照的19%-34%，证实模型构建成功。

脂质积累表型

当暴露于油酸/棕榈酸混合脂肪酸（FFA-mix）18小时后，所有BER缺陷细胞的脂质积累量均显著增加（OGG1-KD 66%、MUTYH-KD 49%、NTHL1-KD 94%），且NTHL1缺陷表型最为突出。

DNA氧化损伤机制

在FFA-mix刺激下，MUTYH和NTHL1缺陷细胞的核DNA氧化显著增加，而所有KD细胞的线粒体DNA（mtDNA）8-氧脱氧鸟苷（8-OHdG）损伤均加剧。值得注意的是，仅NTHL1-KD细胞表现出mtDNA拷贝数下降，提示该基因对线粒体基因组稳定性具有独特调控作用。

线粒体功能紊乱

Seahorse分析揭示：OGG1和NTHL1缺陷细胞的线粒体最大呼吸增强，但MUTYH-KD细胞出现质子漏增加（反映能量转化效率降低），同时MUTYH和NTHL1缺陷细胞的备用呼吸容量（SRC）下降。更关键的是，所有BER缺陷细胞的β-氧化酶（HADH）活性均显著受损，这直接解释了脂质分解代谢受阻的原因。

这项研究首次在人类细胞模型中证实，BER缺陷通过双重机制促进脂质积累：一方面，mtDNA氧化损伤导致线粒体功能紊乱（表现为β-氧化抑制和质子漏增加）；另一方面，核DNA损伤可能通过表观遗传调控影响代谢相关基因表达。特别是NTHL1缺陷同时引起mtDNA拷贝数减少和严重脂质沉积，暗示其在连接DNA修复与能量代谢中的枢纽作用。

该成果为理解肥胖的分子机制提供了全新视角：BER系统不仅是基因组守护者，更是代谢稳态的调控者。未来针对OGG1/MUTYH/NTHL1的基因治疗或小分子激活剂开发，可能为代谢综合征患者提供精准干预策略。论文发表在DNA修复领域顶级期刊《DNA Repair》，为代谢疾病与基因组稳定性研究的交叉融合树立了典范。