醛缩酶B缺乏症患者和小鼠的内源性果糖产生

《Molecular Genetics and Metabolism》：Endogenous fructose production in patients and mice with aldolase B deficiency

　　

背景：遗传性果糖不耐受（HFI）是一种由醛缩酶B缺乏症（ALDOB）引起的果糖代谢先天性错误。HFI患者需要终生坚持限制果糖的饮食。然而，尽管严格限制饮食，HFI患者和Aldob^?/?小鼠均表现出肝细胞中果糖1-磷酸（F1P）和肝内脂质（IHL）的积累。研究人员研究了内源性产生的果糖是否能够解释这些观察结果。方法：研究人员首先在HFI患者（n=14）和匹配的健康对照（n=14）中，于75?g口服葡萄糖耐量试验（OGTT）期间测量了血清果糖水平。此外，研究人员在Aldob^?/?小鼠（n=4）和野生型小鼠（n=4）中量化了¹³C₆-葡萄糖掺入F1P的情况。接下来，研究人员检查了在Aldob^?/?小鼠中抑制内源性果糖产生的影响。Aldob^?/?小鼠在无果糖饮食条件下，用醛糖还原酶抑制剂（ARi；n=9）或载体（n=9）处理9天。结果：与基线相比，HFI患者和对照组在30和60分钟时血清果糖浓度显著升高（P<0.05），表明葡萄糖衍生果糖的产生。类似地，¹³C₆-葡萄糖被掺入到Aldob^?/?小鼠和野生型小鼠的F1P中。ARi处理显著降低了Aldob^?/?小鼠的肝脏果糖水平（P=0.002），证实了有效抑制多元醇途径，但并未降低IHL含量（P=0.71）。结论：尽管内源性果糖产生对Aldob^?/?小鼠的循环和肝脏果糖水平有贡献，但在无果糖条件下，抑制多元醇途径并不能减少Aldob^?/?小鼠的肝脂肪变性。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**

遗传性果糖不耐受（HFI）是一种由醛缩酶B缺乏症（ALDOB）引起的常染色体隐性遗传代谢疾病，患者需终身严格限制果糖摄入以避免毒性代谢中间产物果糖1-磷酸（F1P）的积累。然而，即使遵循严格的无果糖饮食，HFI患者和Aldob^?/?小鼠仍表现出肝细胞中F1P和肝内脂质（IHL）的异常蓄积，并发展为肝脂肪变性。这一现象提示，内源性果糖产生可能在HFI的病理生理中发挥作用。多元醇途径是葡萄糖转化为果糖的两步代谢通路，其在肝脏、肾脏和脑等多个组织中活跃。然而，HFI患者和Aldob^?/?小鼠中是否存在内源性果糖产生，以及阻断该途径能否减轻肝脂肪变性，尚不清楚。因此，本研究旨在评估HFI患者和Aldob^?/?小鼠中的内源性果糖产生，并确定抑制多元醇途径对IHL积累的影响。该研究发表在《Molecular Genetics and Metabolism》上。

**关键技术与方法**

研究人员从荷兰和比利时的代谢诊所招募了14名经确诊的HFI患者，并与14名年龄、性别和体重指数（BMI）匹配的健康对照进行配对，进行了75?g口服葡萄糖耐量试验（OGTT），使用超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）测量血清果糖浓度。在动物实验中，使用C57BL/6NTac背景的Aldob^?/?小鼠和野生型小鼠，通过腹腔注射¹³C₆-葡萄糖进行示踪代谢组学分析，结合质谱检测F1P中同位素掺入分数。此外，给Aldob^?/?小鼠连续9天腹腔注射Zopolrestat（一种醛糖还原酶抑制剂，ARi）或载体，在无果糖饮食条件下评估肝脏果糖和脂质含量。采用RNA测序（RNA-seq）进行差异表达基因分析，使用DESeq2和基因本体（GO）富集分析。

**研究结果**

**3.1 人类HFI患者的内源性果糖产生**
通过OGTT期间血清果糖浓度的测量，研究人员发现HFI患者和匹配对照在30分钟和60分钟时，血清果糖水平均较基线显著升高（P<0.05），表明葡萄糖衍生的果糖产生。尽管HFI患者在30分钟和120分钟时的血清果糖浓度高于对照组，但两组间的果糖增量曲线下面积（iAUC）无显著差异（P=0.41）。

**3.2 Aldob^?/?小鼠的内源性果糖产生**
在¹³C₆-葡萄糖刺激的Aldob^?/?小鼠和野生型小鼠中，示踪代谢组学分析显示¹³C₆-葡萄糖掺入F1P的分数贡献（FC）在两组中均明显，但野生型小鼠的FC显著高于Aldob^?/?小鼠（P=0.005）。靶向基因表达分析表明，与野生型小鼠相比，Aldob^?/?小鼠肝脏中Akr1b1（醛糖还原酶）和Khk（酮己糖激酶）的mRNA表达显著升高，而Sord（山梨醇脱氢酶）的表达显著降低（P分别为0.04、<0.01和0.02）。

**3.3 醛糖还原酶的药理学抑制不能减轻Aldob^?/?小鼠的肝脂肪变性**
在第二项小鼠实验中，ARi处理显著降低了Aldob^?/?小鼠的肝脏果糖浓度（P=0.002），证实了有效抑制多元醇途径。GO分析（基于292个差异表达基因）显示，ARi处理也影响了肝脏转录组，药物代谢相关通路显著富集。然而，ARi处理并未改变Aldob^?/?小鼠的IHL含量（P=0.71）。同时，靶向分析显示，参与从头脂肪生成、脂肪酸合成、β-氧化和极低密度脂蛋白（VLDL）组装的关键酶和转录因子（如Chrebpβ、Srebp-1c）的mRNA表达在ARi处理组和载体组之间无显著差异。

**讨论与结论**

研究证实，内源性果糖产生在HFI患者和Aldob^?/?小鼠中确实存在，分别表现为葡萄糖负荷后循环果糖和肝脏F1P浓度的升高。然而，在基础无果糖条件下，药理学抑制多元醇途径虽能降低肝脏果糖水平，但不能减轻Aldob^?/?小鼠的肝脂肪变性。这些发现表明，内源性果糖产生并非醛缩酶B缺乏症中肝脂肪变性的主要驱动因素。讨论指出，多元醇途径在葡萄糖过量时才具有代谢相关性，而基础状态下其作用有限。研究结论翻译如下：内源性果糖产生对HFI中的循环和肝脏果糖水平有贡献，但在基础无果糖条件下不足以驱动Aldob^?/?小鼠的肝脂肪变性。需要进一步研究阐明F1P驱动的肝损伤机制。