运动诱导WDR41赖氨酸319乳酸化启动自噬并改善代谢相关脂肪性肝病

《Autophagy》:Exercise-induced lactylation in WDR41 initiates autophagy and improves fatty liver diseases

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月29日 来源:Autophagy 18.6

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  过量脂质蓄积与久坐生活方式与代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MAFLD)相关,但其因果机制与预防手段尚未充分阐明。巨自噬/自噬(macroautophagy/autophagy)是由溶酶体降解途径,可被运动强烈诱导,并在脂质代谢中发挥关键作用。研究人员发现WDR4

  
过量脂质蓄积与久坐生活方式与代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MAFLD)相关,但其因果机制与预防手段尚未充分阐明。巨自噬/自噬(macroautophagy/autophagy)是由溶酶体降解途径,可被运动强烈诱导,并在脂质代谢中发挥关键作用。研究人员发现WDR41(WD repeat domain 41)的表达与乳酸化(lactylation)水平与人类系列肝脏代谢疾病进展呈负相关。WDR41是一种促自噬蛋白,在运动等自噬诱导条件下发生乳酸化修饰;其第319位赖氨酸(K319)乳酸化由LDHA(lactate dehydrogenase A)催化,并可被SIRT2(sirtuin 2)去乳酸化。乳酸化WDR41通过直接结合ATG13(autophagy related 13)与RB1CC1/FIP200(RB1 inducible coiled-coil 1),促进ULK1(unc-51 like autophagy activating kinase 1)复合物组装,从而启动自噬。生理层面,WDR41及WDR41K319乳酸化是运动改善高脂诱导肝脏脂质蓄积、提升胰岛素敏感性及糖脂代谢的重要机制。该研究表明,WDR41 K319乳酸化是运动调控自噬与肝脏糖脂代谢的关键分子开关。
论文解读:运动经WDR41乳酸化激活自噬改善脂肪肝的分子机制
研究背景与立项依据
代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MAFLD)以肝细胞脂质过度蓄积为核心,可从单纯脂肪变性进展为代谢相关脂肪性肝炎(MASH)、纤维化、肝硬化甚至肝癌。自噬(autophagy,细胞内依赖溶酶体降解受损细胞器与蛋白的家庭维持途径)在肝脏脂质稳态与胰岛素敏感性中具有保护作用,而运动是最强的生理自噬激活刺激之一。传统上,自噬起始被认为受MTOR(mechanistic target of rapamycin kinase)与AMPK(AMP-activated protein kinase)磷酸化轴调控;但运动过程中乳酸急剧升高,乳酸不仅是代谢副产物,还可作为信号分子介导蛋白质赖氨酸乳酸化(lactylation)。目前,细胞质蛋白乳酸化能否绕过经典能量感受轴、直接启动自噬,以及该过程如何作用于肝脏糖脂代谢,尚不清楚。该研究正是围绕“运动—乳酸—WDR41乳酸化—ULK1复合物组装—自噬—脂肪肝改善”这一假说展开。
主要技术方法概述
研究人员整合临床样本与动物模型:使用健康对照及MAFLD、MASH、肝硬化患者肝穿刺样本进行免疫组化、免疫荧光与免疫沉淀分析;构建全身Wdr41敲除小鼠及肝脏特异性回补野生型或K319R突变体(经AAV8-TBG递送)的高脂饮食联合跑台运动模型;结合CRISPR-Cas9细胞敲除、串联mRFP-GFP-LC3自噬流报告系统、Co-IP、体外结合与激酶实验、LC-MS/MS质谱定位乳酸化位点,以及代谢笼、糖耐量/胰岛素耐量/丙酮酸耐量检测。
研究结果
WDR41乳酸化与人类肝病严重程度负相关
通过对患者肝组织分析,研究人员发现WDR41蛋白表达与免疫沉淀后泛乳酸化信号随MAFLD、MASH、肝硬化进展递减,且与NAFLD活动评分(NAS)负相关性显著;同时自噬底物SQSTM1/p62聚集增加,提示WDR41低表达与低乳酸化状态关联于自噬缺陷与疾病恶化。
WDR41在自噬诱导条件下发生K319乳酸化
在小鼠跑台运动及细胞Torin1/饥饿处理中,WDR41乳酸化早于自噬标志物LC3B-II转换而增强。质谱鉴定乳酸化位点为K319;K319R突变体消除乳酸化并削弱LC3脂化与p62降解,证明K319乳酸化是响应乳酸环境及自噬压力的真实修饰。
WDR41是细胞与小鼠体内自噬起始的正向调控因子
WDR41敲除降低基础与应激诱导自噬流,跑台运动后肌肉与肝脏LC3斑点形成与溶酶体降解均受损;回补野生型WDR41可恢复,证实其作为自噬起始必需蛋白的生理地位。
WDR41促进ULK1复合物组装与激酶活性
WDR41缺失使ULK1、ATG13、RB1CC1/FIP200斑点减少、共定位下降,ULK1对底物BECN1(Beclin1)磷酸化减弱。结构域定位显示,WDR41通过VII–VIII WD重复区直接结合ATG13与FIP200,而非直接结合ULK1,从而成核ULK1复合物并放大其激酶活性。
K319乳酸化是WDR41结合ULK1复合物与启动自噬的关键
乳酸化缺陷型K319R无法在基础或Torin1条件下有效招募ATG13/FIP200,体外结合与激酶实验均显示其丧失增强ULK1活性的能力,并无法 rescue 敲除细胞的自噬流缺陷。
LDHA与SIRT2双向调控WDR41乳酸化
LDHA缺失降低WDR41乳酸化,过表达LDHA增强其乳酸化及ULK1组装;SIRT2则与WDR41结合并去乳酸化,抵消其与ULK1复合物的相互作用。该双向开关使运动期乳酸化开启、静息期去乳酸化终止自噬启动。
WDR41介导运动对全身糖脂代谢的获益
高脂饮食下,野生型小鼠经运动改善糖耐量、胰岛素敏感性、能量消耗与脂肪氧化,而Wdr41敲除鼠丧失这些获益,肝脏甘油三酯、胆固醇及肝损伤指标升高,油红O与天狼星红显示脂变与纤维化消退失败。
K319乳酸化对肝脏脂质代谢不可或缺
肝脏特异性回补野生型WDR41可恢复运动诱导的自噬与降脂效果,回补K319R突变体则不能,明确K319乳酸化是体内肝脏脂质稳态的功能必需修饰。
讨论与结论翻译
讨论指出,研究揭示了一条不依赖经典AMPK/MTOR磷酸化的运动感知通路:收缩肌产生乳酸入血,LDHA在肝与肌组织中催化WDR41 K319乳酸化,乳酸化诱导WDR41构象变化,经由VII/VIII结构域桥接ATG13与FIP200,成核ULK1复合物并启动自噬;SIRT2介导去乳酸化以收束信号。该机制解释了运动为何能激活非收缩组织的自噬,并将乳酸信号、翻译后修饰与肝脏脂代谢直接耦联。
结论:运动期间肌肉来源的乳酸作为信号分子,通过LDHA依赖的WDR41 K319乳酸化促进ULK1复合物组装与自噬起始;该乳酸化事件在生理上介导运动诱导的胰岛素增敏、能量重编程及肝脏脂质清除,为MAFLD的运动的代谢获益提供了分子解释,并提示WDR41乳酸化可作为脂肪肝进展的潜在生物标志与干预节点。
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