有氧运动诱发肥胖小鼠肝脏线粒体核蛋白失衡与UPRmt

《Journal of Physiology and Biochemistry》：Exercise elicits mitonuclear protein imbalance and UPRmt in the liver of mice with obesity

　　

线粒体功能障碍在代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）的发生发展中起关键作用。已有研究提出，肝脏线粒体未折叠蛋白反应（UPRmt）的激活可改善线粒体功能。越来越多证据表明体育锻炼能有效预防和治疗MASLD，然而运动对肝脏UPRmt激活的影响尚不清楚。为此，研究人员在肥胖小鼠模型中探讨了有氧训练对肝脏线粒体质量控制机制的影响。对BXD同基因小鼠遗传参考群的肝脏转录数据分析显示，UPRmt相关基因与肝脏三酰甘油含量呈负相关；在BXD小鼠及人类肝组织中，肝脏UPRmt标志物与多种线粒体相关基因强关联。值得注意的是，4周有氧运动显著改变HFD喂养小鼠肝脏代谢，阻止肝内脂质蓄积。体育锻炼提升NAD+生物合成通路，诱发线粒体核蛋白失衡，刺激CLpP、Lonp1、Yme1L1等UPRmt标志物蛋白含量增加，改善HFD小鼠肝脏线粒体蛋白稳态与功能。上述发现将肝脏线粒体核蛋白失衡及UPRmt激活与运动应答下的线粒体蛋白稳态及MASLD预防联系起来。

研究背景与立项依据

代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD，曾称非酒精性脂肪性肝病）已成为全球公共卫生挑战，肝细胞线粒体功能障碍导致脂肪酸氧化不全与肝内脂质蓄积。线粒体蛋白稳态（mitochondrial proteostasis）破坏与线粒体未折叠蛋白反应（UPR^mt，即线粒体未折叠蛋白在基质/内膜累积触发的逆向信号，上调分子伴侣HSP60、HSP72、TRAP1、PHB及蛋白酶CLPP、Yme1L1、Lonp1等）密切相关。核DNA编码与mtDNA编码的氧化磷酸化（OXPHOS）亚基比例失调被称为线粒体核蛋白失衡（mitonuclear protein imbalance），是触发UPR^mt的保守信号，且受细胞内NAD⁺-SIRT1轴调控；前期口服NAD⁺前体（如烟酰胺核糖NR）可逆转小鼠脂肪肝。有氧锻炼被证实能改善骨骼肌与下丘脑的线粒体核蛋白失衡及UPR^mt，但在肝脏中是否经此通路预防MASLD未知。该研究发表于《Journal of Physiology and Biochemistry》，旨在明确有氧训练是否通过肝脏线粒体核蛋白失衡-UPR^mt轴改善肥胖小鼠肝代谢。

主要技术方法概括

研究采用两类样本队列：其一是GeneNetwork公开数据库中的BXD重组近交系高脂饮食（HFD）小鼠肝脏转录谱（42品系）与GTEx人类肝脏转录谱（n=134），用于相关性挖掘；其二是8周龄瑞士雄性小鼠分为对照、HFD（12周）、HFD-TR（HFD 8周后接4周跑台有氧训练，强度60%最大力竭速度）三组。手段涵盖：Western blotting定量OXPHOS亚基、UPR^mt标志物及NAD⁺合成酶、SIRT1；以MTCO1（mtDNA编码）与核编码OXPHOS亚基比值评估线粒体核蛋白失衡；RT-qPCR测脂生成与纤维化基因；高效液相荧光法测肝NAD⁺；高分辨率呼吸仪（Oxygraph-2k）测复合体I/II、脂肪酸β氧化与最大呼吸；HE染色评肝内脂质；UPR^mt评分取Hspd1/Yme1L1/Lonp1/Clpp均值。

研究结果

UPR^mt在小鼠与人类肝脏组织中的关联：BXD-HFD队列中UPR^mt评分高的品系伴随更高OXPHOS及线粒体相关基因表达，UPR^mt评分与肝三酰甘油、糖耐量曲线下面积呈显著负相关；人类肝脏中HSPD1高表达个体同样富集LONP1、YME1L1、PHB、CLPP、TRAP1及OXPHOS基因，首次在异质人群中证实UPR^mt标志与线粒体基因共变。

运动改善肥胖小鼠肝脏代谢：HFD致体重、脂肪量、空腹血糖、糖耐量受损、肝PEPCK（磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶）上调与肉眼/组织学脂滴堆积；4周跑台运动在不显著改变血清胆固醇与新脂生成基因Scd1/Fasn情况下，降低体重脂肪量、空腹血糖、改善GTT、下调Tgfb1、回降PEPCK、显著减少肝脂质蓄积。

肥胖改变肝脏线粒体蛋白稳态：HFD下调UQCRC2、MTCO1、SDHB、ATP5A等OXPHOS蛋白及NRF1、TFAM，但未改变线粒体核蛋白失衡比值，也未显著改变CLPP/HSP60/YME1L1/Lonp1蛋白量，说明肥胖造成蛋白稳态恶化却未自发激活UPR^mt。

运动诱发肝脏线粒体核蛋白失衡并刺激UPR^mt：训练组上调NDUFB8、UQCRC2、ATP5A，MTCO1/核编码亚基比偏移提示线粒体核蛋白失衡；CLPP、YME1L1、HSP60蛋白增加，综合UPR^mt评分升高；Chop与Atf4 mRNA未变，表明是非经典内质网应激依赖的线粒体应激。

运动恢复NAD⁺生物合成通路：HFD降低NAMPT、NMNAT1、SIRT1蛋白与肝NAD⁺；训练回升NAMPT、NMNAT1、NMNAT3、SIRT1蛋白，NAD⁺水平较HFD组升约37%（未达显著），整体修复NAD⁺合成酶谱。

运动改善肥胖小鼠肝线粒体呼吸能力：高分辨呼吸显示HFD组基础、复合体I+II、单独复合体II、脂肪酸氧化偶联及最大呼吸均降；训练组复合体II与最大呼吸恢复至对照水平，脂肪酸氧化呼吸呈恢复趋势（p=0.07）。

讨论与结论翻译

讨论指出，HFD抑制NAD⁺-SIRT1轴而运动经生理方式重启该轴，类比NR补充而非代偿体重；训练所诱发的线粒体核蛋白失衡-UPR^mt与骨骼肌既往发现一致，证明该通路可跨组织通用。作者承认局限：体重下降可能混杂、NAD⁺未达显著或受样本量限制、SIRT1蛋白量不等同活性。结论部分原文要义为：有氧训练预防HFD小鼠肝脂质蓄积，伴随NAD⁺通路酶与SIRT1回升、线粒体核蛋白失衡及UPR^mt标志物（CLPP、Lonp1、YME1L1、HSP60）上调，进而恢复OXPHOS蛋白量、线粒体呼吸（含脂肪酸氧化）与蛋白稳态；该证据链首次将“运动-肝脏-线粒体核蛋白失衡-UPR^mt-MASLD防护”串联，为运动作为非药物干预提供了线粒体质量控制的机制解释。