AMPK 激活和尿素循环增强介导膳食亮氨酸限制在非酒精性脂肪性肝病中的保护作用

《Food Research International》：AMPK activation and urea cycle enhancement mediate the protective effect of dietary leucine restriction in nonalcoholic fatty liver disease

　　

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  膳食亮氨酸限制（LR）减轻肥胖相关非酒精性脂肪肝疾病（NAFLD）表型。
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  LR促进肝脏分解代谢程序及代谢需求。
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  LR将精氨酸代谢重新导向尿素循环激活，增强氨基酸分解代谢过程中的氨解毒作用。
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  AMPK信号通路参与LR诱导的肝脏保护作用，该结论已通过肝细胞药物抑制实验得到证实。

引言

肥胖是当今全球面临的重要健康挑战，其特征为脂肪酸异位过度蓄积，从而增加各种代谢异常的风险，包括非酒精性脂肪肝疾病（NAFLD）、胰岛素抵抗和血脂异常（Shulman, 2014；Yki-J?rvinen等，2021）。NAFLD作为代谢综合征的肝脏表现，从单纯脂肪变性进展为非酒精性脂肪性肝炎（NASH）和纤维化，并与脂肪酸代谢和葡萄糖稳态缺陷密切相关（Friedman等，2018）。长期营养过剩或高脂饮食（HFD）会导致脂肪从头合成（DNL）、脂肪酸氧化（FAO）以及脂蛋白摄取和分泌功能失调，从而扰乱肝脏脂质稳态，导致肝细胞内脂质过度蓄积（Khan等，2019）。随后发生的胰岛素抵抗、炎症和氧化应激驱动肝脏脂肪变性，并可进展为NAFLD，甚至进一步恶化为更严重的阶段，如非酒精性脂肪性肝炎（NASH）、纤维化和肝硬化（Fabbrini等，2010；Anstee等，2013；Tilg & Moschen, 2010）。近年来，NAFLD已成为全球最普遍的慢性肝病，影响约25%的全球人口（Younossi等，2016）。目前NAFLD的管理策略主要涉及生活方式干预，包括体育锻炼和饮食调整，以及减重手术（Rinella & Sanyal, 2016；Romero-Gómez等，2017）。因此，建立有效的健康促进型饮食模式对于预防NAFLD具有重要的意义。

腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）是真核细胞中细胞营养和能量状态的核心感受器，在低能量条件下被激活以恢复能量稳态，因此在脂肪酸、胆固醇和葡萄糖代谢的调控中发挥关键作用，并深刻影响全身代谢稳态（Hardie等，2012）。其激活对于肥胖、NAFLD、2型糖尿病（T2D）等代谢综合征是一种极具吸引力的治疗候选靶点。在慢性低度炎症（包括HFD诱导的肥胖）状态下，肝脏、脂肪组织和骨骼肌等多个组织中的AMPK活性受到抑制（Lindholm等，2013），肝脏或脂肪细胞中AMPK的缺失会促进脂肪从头合成（DNL）并损害脂肪酸氧化（FAO），从而加剧胰岛素抵抗和肝脏脂肪变性（Han等，2019；Mottillo等，2016）。值得注意的是，肝脏特异性激活AMPK的小鼠表现出肝脂含量降低、葡萄糖稳态改善，并能抵抗肥胖或已有肝脏脂肪变性的发生（Garcia等，2019）。此外，A769662和二甲双胍等AMPK特异性激活剂可对抗肥胖小鼠的肝脏脂质过度蓄积和胰岛素抵抗（Boudaba等，2018；Fullerton等，2013）。

精氨酸是一种半必需氨基酸，是尿素、一氧化氮（NO）、谷氨酸、肌酸和脯氨酸的前体（Morris Jr, 2016）。它主要由精氨酸酶（Arg）和一氧化氮合酶（NOS）代谢，分别产生尿素和鸟氨酸，以及一氧化氮和瓜氨酸（Morris Jr, 2004）。将精氨酸通量从NOS的NO产生利用重新导向尿素生成，可保护β细胞免受炎症损伤（Fu等，2020）。尿素循环位于肝脏中，将氨（氨基酸分解代谢产生的毒性代谢"废物"）转化为尿素，该过程涉及五种酶，包括氨基甲酰磷酸合成酶（CPS1）、鸟氨酸氨基甲酰基转移酶（OTC）、精氨琥珀酸合酶（ASS）、精氨琥珀酸裂解酶（ASL）和Arg（Keshet等，2018）。尿素循环功能障碍与多种肝脏疾病的血脂异常相关。NAFLD动物模型和患者均表现出尿素循环酶转录和蛋白表达受到抑制，导致尿素生成减少和氨蓄积，而通过膳食恢复尿素循环功能可减轻肝脏脂肪变性，凸显了该通路作为NAFLD潜在治疗靶点的重要性（De Chiara等，2018；De Chiara等，2020）。

除个体食物或营养素外，越来越多的证据表明，特定的饮食模式可影响NAFLD的进展或改善。热量限制（CR）定义为在营养不足的情况下减少能量摄入，已被广泛证明可延长寿命并对代谢疾病起到保护作用（Ahmet等，2011）。越来越多的研究进一步强调膳食蛋白质和氨基酸是CR诱导的代谢益处的重要介质（Solon-Biet等，2014）。膳食蛋白质限制抑制了野生型小鼠的体重增加和脂肪量（Laeger等，2016），保护了肥胖小鼠免于肥胖引起的血脂异常（Maida等，2018），并在为期27天的临床试验中改善了代谢综合征患者的胰岛素抵抗和血脂异常（Ferraz-Bannitz等，2020）。越来越多的证据表明，限制特定氨基酸的摄入可以传递低蛋白饮食的代谢益处。支链氨基酸（BCAA），包括亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）和缬氨酸（Val），已被发现与胰岛素抵抗、血脂异常和T2D的发病机制相关（Lynch & Adams, 2014；White & Newgard, 2019），且循环BCAA水平升高在人体和啮齿动物中始终与体质指数（BMI）、胰岛素抵抗指数（HOMA-IR）及肥胖相关代谢异常相关（Shah等，2012；Wang等，2017）。重要的是，膳食蛋白质限制可特异性降低小鼠和人体中的循环BCAA水平（Solon-Biet等，2014），而进一步限制BCAA可延长寿命、增强血糖控制、减轻β细胞代谢压力并改善啮齿动物的胰岛素抵抗（Fontana等，2016；Richardson等，2021；White等，2016）。值得注意的是，部分或完全膳食亮氨酸限制已被证明能够重现代谢益处，包括改善全身和肝脏胰岛素抵抗、促进小鼠白色脂肪组织（WAT）减少和褐变（Wanders等，2015；Xiao等，2011；Yin等，2022；Yuan等，2020；Zhou等，2021）。然而，膳食LR能否预防饮食诱导的肥胖和NAFLD，以及其潜在机制仍不清楚。

本研究旨在利用HFD诱导的小鼠模型和游离脂肪酸处理的肝细胞，探讨LR饮食对饮食诱导肥胖及相关NAFLD的治疗效果。此外，通过RNA测序生物信息学分析和验证实验鉴定了LR对NAFLD的关键靶点。进一步对肝脏组织进行靶向代谢组学分析，揭示了与LR改善肝脏脂肪变性效果相关的代谢特征。总之，本研究结果强调了LR饮食作为对抗肥胖相关NAFLD的有效干预手段的潜力，支持基于亮氨酸限制饮食的干预作为一种维持长期代谢健康的有前景的营养策略。

章节摘要

动物实验程序

雄性C57BL/6 J小鼠（8周龄）购自维通利华实验动物技术有限公司，饲养于西北农林科技大学动物实验中心，饲养条件为标准条件（12 h光/暗周期，22 ± 2 °C，50 ± 15%湿度），自由饮水和摄食。所有实验操作均遵循《实验动物管理和使用指南》（第8版），并经西北农林科技大学动物关怀与使用委员会批准（批号：IACUC2025–0521）。

LR预防高脂饮食诱导肥胖的发生和发展

所有实验程序和安排见Fig. 1A。接受LR饮食的小鼠在干预一周后体重显著下降，在LFD和HFD饲喂方案下，实验期间体重保持相对稳定，该效果在食物和饮水摄入量增加的情况下依然持续存在，表明体重下降独立于热量摄入（Fig. 1B；补充图1A–D）。在长期预防模型中，12周的LR同样

讨论

越来越多的研究表明，部分或完全膳食亮氨酸减少可增强啮齿动物的胰岛素敏感性并促进WAT褐变（Yin等，2022；Yuan等，2020）。然而，LR能否保护机体免受肥胖相关NAFLD的影响及其潜在机制仍不清楚。本研究显示，85% LR饮食可有效预防HFD诱导的NAFLD，这与精氨酸代谢向尿素循环的增强以及AMPK的激活相关。

作者贡献声明

王丹娜（Danna Wang）：初稿撰写，方法学，形式化分析，数据整理，概念构思。杜志远（Zhiyuan Du）：软件，方法学，形式化分析，数据整理。张俊伟（Junwei Zhang）：方法学，形式化分析。赵语琪（Yuqi Zhao）：方法学。杨文悦（Wenyue Yang）：方法学。杜佩（Pei Du）：方法学。王西苗（Ximiao Wang）：方法学。张国强（Guoqiang Zhang）：概念构思。赵北塔（Beita Zhao）：审稿与编辑，资金获取，概念构思。刘学博（Xuebo Liu）：指导监督，资金获取，概念构思。

动物实验对象

本研究按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究经西北农林科技大学动物关怀与使用委员会批准（批准号：IACUC2025–0521）。

利益冲突声明

作者声明，不存在已知可能影响本文所述工作的竞争经济利益或个人关系。

致谢

本研究获得国家重点研发计划（编号：2025YFF1107800）、国家自然科学基金委员会（编号：32502228）、国家自然科学基金委员会（编号：32101968）、陕西省自然科学基金基础研究计划（2025JC-YBQN-274）、中国博士后科学基金会博士后 Fellowship 计划（项目编号GZB20240615）以及陕西省重点研发计划（2024SF-ZDCYL-03-23）和陕西省

Danna Wang|Zhiyuan Du|Junwei Zhang|Yuqi Zhao|Wenyue Yang|Pei Du|Ximiao Wang|Guoqiang Zhang|Beita Zhao|Xuebo Liu