《Obesity Reviews》：Epigenomic Cascades Across Organs in Metabolic Dysfunction–Associated Steatotic Liver Disease: New Therapeutic Horizons
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代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）是世界上最常见的慢性肝脏疾病，影响约三分之一的人口，并增加严重肝脏和心血管并发症的风险。越来越多的证据表明，MASLD是一种全身性疾病，其中表观遗传改变——包括DNA和RNA甲基化以及组蛋白修饰——通过整合跨器官的代谢和
代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）是世界上最常见的慢性肝脏疾病，影响约三分之一的人口，并增加严重肝脏和心血管并发症的风险。越来越多的证据表明，MASLD是一种全身性疾病，其中表观遗传改变——包括DNA和RNA甲基化以及组蛋白修饰——通过整合跨器官的代谢和炎症信号驱动其进展。本综述引入了“网络化表观基因组级联”的概念，并强调了肝外代谢器官中的表观遗传改变如何促成胰岛素抵抗（IR）和系统性炎症。MASLD因此被重新定义为一种系统性表观基因组通讯紊乱，而非仅局限于肝脏的疾病。我们进一步讨论了临床前和新兴的干预措施，重点关注调节表观基因组调控的天然化合物，同时指出其在MASLD转化潜力方面仍存在的不确定性。通过将表观基因组定位为核心机制，本综述强调了其在生物标志物开发和机制靶向干预方面的前景，尽管仍需要人类中的稳健验证。
1 背景
脂肪肝疾病的术语已从非酒精性脂肪性肝病演变为代谢功能障碍相关脂肪性肝病，并最近更新为代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）。MASLD涵盖了一个连续谱系，从肝脂肪变性和代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）到纤维化、肝硬化和MASLD相关的肝细胞癌（HCC）。其全球患病率估计约为30%且呈上升趋势，已成为全球最常见的肝病病因，并构成重大的公共卫生和临床负担。此外，MASLD与心血管疾病风险显著增加相关，包括心肌梗死、中风、心力衰竭和心血管死亡率。其进展受多种因素影响，包括饮食习惯、遗传易感性和表观遗传机制。尽管肥胖相关的系统性代谢紊乱与MASLD密切相关，但瘦人同样可能患病，这强调了其多因素性质。值得注意的是，患有MASLD的瘦人代谢紊乱患病率较低，但纤维化率更高、心血管风险更大、全因死亡率高于非瘦人。然而，目前尚无针对MASLD的特异性药物获批，生活方式干预仍是治疗的主要手段；二甲双胍、噻唑烷二酮类、熊去氧胆酸和水飞蓟素等非选择性药物常用于靶向相关的代谢通路。
表观遗传学是指基因功能中不涉及潜在DNA序列改变的可遗传变化。这些变化包括DNA甲基化、组蛋白修饰和RNA介导的过程，它们共同调节基因表达、细胞分化和基因组稳定性。代谢紊乱可改变组蛋白甲基转移酶和乙酰转移酶的表达和活性，从而产生广泛的表观遗传修饰。这些修饰反过来又导致胰岛素抵抗（IR）和肝脂肪变性。代谢相关疾病的表观遗传研究已取得有意义的临床进展，关键进展包括表观遗传生物标志物、靶向药物和基因编辑技术的开发。将遗传和表观遗传见解整合到精准医疗策略中，为细化患者分层和制定定制化治疗干预措施提供了巨大潜力。
器官间的通讯本身也受到代谢紊乱的影响。在肝脏内部，失调的从头脂肪生成以及脂质流入和流出之间的不平衡导致脂毒性，诱导线粒体功能障碍、内质网应激和炎症反应的激活。反过来，肝外器官通过多种途径影响肝脏。肝-脑轴通过神经信号调节肝脏代谢，而肝脏通过门静脉从肠道接收营养物质和细菌产物。脂肪组织中的IR驱动游离脂肪酸溢出，激活肝脏巨噬细胞，从而促成MASLD发病机制。肌肉来源的卵泡抑素样蛋白1通过在不同肝细胞群体中的不同受体介导效应，调节肝脏脂肪变性、炎症和纤维化。尽管有几项研究记录了代谢相关器官中的表观遗传变化，但很少有研究探讨这些变化如何与MASLD相关联。在此，我们引入了器官间表观基因组级联的概念，将MASLD视为一种系统性表观基因组疾病，并强调早期诊断、预防和治疗创新的新机遇。
2 MASLD中的肝脏表观遗传改变
2.1 DNA甲基化
DNA甲基化涉及向胞嘧啶的第五个碳原子添加一个甲基基团，形成5-甲基胞嘧啶（5mc）。该反应由DNA甲基转移酶（DNMTs）催化，使用S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体。CpG岛的高甲基化通常使基因表达沉默，而低甲基化通常促进基因激活。MASLD患者的外周血白细胞中，有65个CpG位点显示差异甲基化，其中超过一半为低甲基化。此外，加速的DNA甲基化年龄可预测更高的MASLD发病率。与肝脏饱和脂肪酸相关的甲基化谱可能对高血糖产生更大影响，而与胰岛素相关的甲基化谱则与MASLD或MASH更密切相关。
2.1.1 特定基因甲基化的调控作用
在肝细胞中，高脂饮食（HFD）诱导的过氧化物酶体增殖物激活受体γ（Pparγ）去甲基化增强了脂质储存基因如极低密度脂蛋白受体（Vldlr）和Cd36的表达，从而促进肝脏脂质积累并加速MASLD进展。C-Maf诱导蛋白（Cmip）的低甲基化通过鸟苷酸结合蛋白2激活Pparγ-Cd36信号通路，加速肝细胞对脂质的摄取。MASLD大鼠肝脏中L型丙酮酸激酶（L-PK）的表达降低，与其调控区域内的DNA高甲基化和组蛋白去乙酰化减少一致。MASLD中升高的纤维化风险促进主动DNA去甲基化，这体现在5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）和5-甲酰胞嘧啶（5fC）水平增加；该过程驱动细胞因子信号传导抑制因子的低甲基化，并上调促炎基因，包括白细胞介素-6（IL-6）和单核细胞趋化蛋白-1，以及纤维化基因硫氧还蛋白相互作用蛋白。
2.1.2 DNMTs的功能
抑制DNA甲基转移酶1（DNMT1）可减少自噬相关基因的启动子甲基化，从而增强巨噬细胞自噬并抑制炎症以延缓MASLD进展。长期高糖饮食通过下调DNA甲基转移酶3B（DNMT3B）促进MASLD进展，同时伴有DNMT1、DNA甲基转移酶3A（DNMT3A）和ten-eleven translocation 2表达减少。HFD提高DNMT1和DNMT3A水平，导致β-klotho（Klb）启动子甲基化，从而损害脂肪酸氧化并促成肝脂肪变性。成纤维细胞生长因子1通过抑制DNMT3A募集，降低胰岛素样生长因子结合蛋白2（Igfbp2）的高甲基化并增加IGFBP2表达，从而改善肝脂肪变性。DNMT3B减少导致细胞死亡诱导DNA fragmentation factor α样效应器A（Cidea）启动子低甲基化，增强甾醇调节元件结合蛋白1c（SREBP-1c）结合并激活CIDEA表达。Ten-eleven translocation 3通过去甲基化其启动子增加外核苷酸焦磷酸酶/磷酸二酯酶1（ENPP1）表达，从而增强肝细胞自噬并加重肝纤维化。
2.2 RNA甲基化
最常见的RNA甲基化形式是N6-甲基腺苷（m6A）。它由甲基转移酶如甲基转移酶样3（METTL3）和甲基转移酶样14（METTL14）沉积，由去甲基化酶如脂肪量和肥胖相关蛋白（FTO）和AlkB同源物5 RNA去甲基化酶移除，并由YTH家族蛋白作为阅读器解读。其他常见的RNA甲基化形式包括5-甲基胞嘧啶（m5C）和N1-甲基腺苷。
2.2.1 N6-甲基腺苷（m6A）
在HFD条件下，METTL3靶向的基因转向脂肪酸分解代谢和脂肪酸氧化的正调控。METTL3结合Rubicon mRNA以促进其m6A修饰，而YTH N6-甲基腺苷RNA结合蛋白1（YTHDF1）识别m6A修饰的Rubicon mRNA并增强其稳定性。METTL3通过催化脂肪酸合酶（Fasn）和细胞色素P450家族2亚家族B成员6（Cyp2b6）mRNAs的m6A甲基化损害肝脏胰岛素敏感性，从而增强脂肪酸代谢，同时抑制胰岛素受体底物（IRS）磷酸化和葡萄糖转运蛋白2型（GLUT2）膜转位。此外，METTL3-m6A-YTH N6-甲基腺苷RNA结合蛋白2轴通过降解Pparα mRNA破坏脂质代谢的节律，从而促进脂质积累。METTL3还通过m6A修饰增加ATP柠檬酸裂解酶（ACLY）和硬脂酰辅酶A去饱和酶1（SCD1）蛋白水平，加剧脂肪酸合成和脂质积累。相反，沉默METTL3通过调节Fasn m6A甲基化减弱MASLD进展。然而，也存在相互矛盾的证据。几项研究表明，METTL3通过招募组蛋白去乙酰化酶1/2到其启动子，抑制Cd36和C-C基序趋化因子配体2（Ccl2）转录，从而在蛋氨酸和胆碱缺乏饮食下预防MASH发展。同样，肝细胞特异性METTL3缺陷通过损害脂质代谢基因的m6A依赖性调节加剧MASLD进展。这些不一致的发现表明METTL3在MASLD中的作用是背景依赖性的——随饮食、疾病阶段和靶基因而变化——需要进一步的机制研究。METTL14缺陷通过m6A-YTHDF1下调谷氨酰胺酶2（GLS2），诱导氧化应激并招募C-X3-C基序趋化因子受体1（Cx3cr1）+ C-C基序趋化因子受体2（Ccr2）+巨噬细胞。这些巨噬细胞通过Cx3cr1/髓样分化初级反应88（MyD88）/核因子κB（NF-κB）通路激活S100钙结合蛋白A4（S100A4）+亚型，最终驱动肝纤维化。METTL14还通过m6A修饰增强DiGeorge关键区域8与pri-miR-34a的结合，从而促进miR-34a-5p表达；该微小RNA（miRNA）抑制SID1跨膜家族成员2（SIDT2），导致线粒体功能障碍并加剧MASLD进展。甲基转移酶样16（METTL16）在体内和体外MASLD模型中表达显著增加，并已被证明在HepG2细胞中上调脂肪生成基因Cidea。
FTO通过去甲基化脂质相关mRNA上的m6A促进MASLD，导致脂质积累和脂肪酸氧化减少。具体来说，它通过去甲基化甾醇调节元件结合转录因子1（Srebf1）和碳水化合物反应元件结合蛋白（Chrebp）mRNAs上的m6A驱动肝脏脂质积累。FTO变异体rs1421085-C、rs8050136-A、rs3751812-T和rs9939609-A——特别是C-A-T-A单倍型——与老年中国汉族人群MASLD风险显著增加相关，可能通过共享的遗传连锁和代谢失调。
2.2.2 m5C修饰
关于m5C修饰的研究主要集中在肝细胞癌和急性肝损伤。尽管如此，几项研究也揭示了其在脂质代谢中的作用。LINC00618增强NOP2/Sun RNA甲基转移酶2（NSUN2）的稳定性，增加m5C修饰并以Y-box结合蛋白1依赖性方式稳定甾醇调节元件结合蛋白2 mRNA，从而促进肝细胞癌细胞中的胆固醇合成。同样，细胞周期蛋白依赖性激酶13（CDK13）诱导NOP2/Sun RNA甲基转移酶5在Ser327位点的磷酸化，增加乙酰辅酶A羧化酶1（ACC1）mRNA的m5C修饰，从而在前列腺癌中提高脂肪酸合成和脂质沉积。由于选择性ACC1抑制剂能有效减少肝脂肪变性并延缓MASLD进展，ACC1的m5C修饰可能在肝脏中发挥类似作用。此外，NSUN2介导的细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1A（Cdkn1a）mRNA的m5C修饰通过Aly/REF输出因子增强其表达，从而抑制脂肪生成。由于CDKN1A是MASLD的潜在关键调节因子，NSUN2介导的m5C修饰可能在此疾病中发挥类似作用。
2.2.3 其他甲基化修饰
RNA N1-甲基腺苷（m1A）修饰调节免疫细胞活性，并促成MASLD的异质性和炎症进展，关键的m1A调节基因调节免疫反应和信号通路。在HEK293细胞系中，发现61个基因频繁携带2′-O-甲基化（Nm）修饰，这些修饰显著富集于糖酵解和糖异生等通路。此外，7-甲基鸟苷和Nm主要与肝癌的发展相关，但它们是否参与MASLD仍未知。
2.3 组蛋白修饰
组蛋白修饰通过调节基因转录，对各种慢性肝病的进展产生关键影响。H3K27ac的全基因组变异改变关键代谢基因的表达——如细胞色素P450家族8亚家族B成员1、磷脂酶A2组XIIB和细胞色素P450家族7亚家族A成员1——从而驱动疾病进展。胰岛素通过促进SREBP-1c和ChREBP与FASN启动子结合，并增加H3K4三甲基化和H3/H4乙酰化，增强MASLD中的FASN表达。同样，高脂或高果糖饮食增加脂肪变性肝脏中的整体组蛋白乙酰化，伴随染色质松弛和DNA损伤。
2.3.1 组蛋白修饰酶介导的乙酰化和去乙酰化
乙酰转移酶和去乙酰化酶在MASLD的发病和进展中都发挥重要作用。乙酰转移酶通过乙酰化参与脂质代谢的转录因子促进脂肪生成和肝脏脂质积累，并放大NF-κB介导的炎症反应。相比之下，去乙酰化酶如Sirtuin 1（SIRT1）、Sirtuin 3（SIRT3）和Sirtuin 6（SIRT6）通过促进脂肪酸氧化、抑制脂质合成和减轻炎症发挥保护作用。经典组蛋白去乙酰化酶（HDACs）——包括组蛋白去乙酰化酶3（HDAC3）、组蛋白去乙酰化酶4（HDAC4）和组蛋白去乙酰化酶6（HDAC6）——有助于调节肝脏代谢节律、脂质稳态和自噬，其作用具有背景依赖性且有时是双重的。
乙酰转移酶p300通过增加Srebp-1c的转录活性和稳定性，并与CCAAT/增强子结合蛋白α（C/EBPα）协同驱动脂肪生成基因表达，从而增强肝脏脂肪生成。p300还通过ChREBP激活促进脂肪生成，而其抑制则抑制脂肪生成基因并改善疾病。通用控制非去抑制5（GCN5）乙酰化过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1-α（PGC-1α），削弱其共激活FOXO1和肝细胞核因子4α（HNF4α）等转录因子的能力，从而抑制糖异生基因表达。Tip60与G蛋白信号调节因子7和激活转录因子3（ATF3）形成复合物，促进肿瘤坏死因子-α（TNF-α）释放和氧化应激，从而驱动肝细胞损伤、炎症和纤维化。Males absent on the first通过H4K16乙酰化促进circ-溶质载体家族9成员A6（SLC9A6）衍生肽SLC9A6-126aa对Cd36启动子的转录激活。LPS结合蛋白（LBP）减少通过CCAAT/增强子结合蛋白β（C/EBPβ）诱导过度的H3K27乙酰化，上调脂质代谢基因硬脂酰辅酶A去饱和酶（Scd），最终导致脂质沉积。核旁斑组装转录本1启动子处H3K27ac的富集增强其表达，抑制miR-212-5p，并上调谷氨酸离子型受体AMPA型亚基3，从而加剧脂肪变性。
SIRT1通过去乙酰化p65减轻炎症，同时维持脂质和氧化还原稳态。SIRT1的激活进一步抑制脂肪生成、限制铁死亡，并减轻HFD喂养小鼠的肝脂肪变性。Sirtuin 2（SIRT2）稳定HNF4α，从而缓解IR。SIRT3通过去乙酰化酰基辅酶A合成酶家族成员3（ACSF3）促进脂肪酸氧化。它还通过叉头盒O3和BCL2/腺病毒E1B 19-kDa蛋白相互作用蛋白3通路增强β-氧化和线粒体自噬，从而减轻MASLD。同样，SIRT6通过靶向酰基辅酶A合成酶长链家族成员5（ACSL5）促进β-氧化。肝脏SIRT6缺失会上调Serpina12，激活胰岛素信号传导并恶化脂质积累，而SIRT6激活在db/db小鼠中下调CD36/脂肪酸结合蛋白1（FABP1）并改善脂质处理。在Zn2+依赖性HDACs中，肝脏特异性缺失HDAC3会破坏REV-ERBα控制的昼夜节律调节并诱发严重脂肪变性。巨噬细胞特异性HDAC4消融在雄性MASH模型中加剧肝脏-脂肪炎症，显示出显著的性别二态性。相反，HDAC6抑制激活FOXO1，从而促进脂肪生成和自噬。
2.3.2 组蛋白甲基化和去甲基化
组蛋白甲基化和去甲基化是表观遗传调控的重要模式，分别由组蛋白甲基转移酶和组蛋白去甲基化酶介导。这些酶作用于特定的组蛋白残基，如H3K4、H3K9、H3K27、H3K36和H4K20。Slug，也称为Snail家族转录抑制因子2，结合Fasn启动子并招募赖氨酸特异性去甲基化酶1A（LSD1）催化H3K9去甲基化，从而促进Fasn表达和脂肪生成。Jumonji结构域包含蛋白2B（JMJD2B）通过移除过氧化物酶体增殖物激活受体γ2（Pparγ2）和肝X受体反应元件（LXRE）启动子处的抑制性H3K9me2和H3K9me3标记，增强LXRα介导的脂肪生成，从而促成肝脂肪变性。这种效应可被吡非尼酮逆转，吡非尼酮下调JMJD2B并恢复H3K9me3标记，从而减少MASH中的炎症和脂肪变性。赖氨酸去甲基化酶7A（KDM7A）通过减少二酰甘油O-酰基转移酶2（Dgat2）启动子处的H3K9me2和H3K27me2富集并上调DGAT2表达，进一步促进肝脂肪变性。相比之下，赖氨酸特异性去甲基化酶6B（KDM6B）富集于Snail家族转录抑制因子1（Snai1）启动子，并通过去甲基化上调SNAI1表达，从而抑制脂肪生成并增强脂肪分解。此外，组蛋白甲基转移酶Suv39h2通过抑制Vanin-1促进MASH进展，导致脂肪酸氧化受损。
2.4 非编码RNA
2.4.1 miRNA
miRNA介导的抑制以简单的开关方式运作。与MASLD最密切相关的miRNAs包括miR-223、miR-192-5p、miR-33a/b、miR-34a、miR-27a/b、miR-218-5p和miR-122。miR-223通过下调E2F转录因子1（E2F1）抑制脂质沉积和纤维化。它还抑制促纤维化基因如PDZ结合基序（Taz）、NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（Nlrp3）、C-X-C基序趋化因子10（Cxcl10）和胰岛素样生长因子1受体（Igf1r），从而预防肝纤维化。在肝脏中，miR-33a表达与PGC-1α和上游转录因子1（USF1）正相关，而miR-33b与肉碱棕榈酰转移酶1A（CPT1A）负相关。脂毒性肝细胞来源的外泌体miR-192-5p通过调节雷帕霉素不敏感伴侣蛋白（Rictor）/蛋白激酶B（Akt）/FOXO1信号通路，促进巨噬细胞向促炎M1表型极化。然而，miR-192-5p也靶向SCD-1，从而抑制MASLD中的肝脏脂质合成和积累。miR-34a激活肝脏转化生长因子-β（TGF-β）信号传导，这可能有助于肝细胞凋亡。miR-27b通过抑制β-1,4-半乳糖基转移酶3（B4GALT3）、基质AAA肽酶相互作用蛋白1（MAIP1）和PH结构域富含亮氨酸重复蛋白磷酸酶2（PHLPP2），至少部分促进肝脏脂质积累。相比之下，miR-27a抑制Fasn和Scd1表达并抑制肝细胞中的脂质积累，从而延缓MASLD的发展。miR-218-5p靶向Elovl5并直接调节MASLD中SREBP1介导的脂肪酸合成途径。miR-122通过直接下调Sirt1抑制丝氨酸/苏氨酸激酶11（LKB1）/AMP激活蛋白激酶（AMPK）信号通路，从而诱导MASLD中的脂肪变性和脂肪生成。相反，抑制miR-122可抑制Toll样受体4（TLR4）/MyD88/NF-κB p65信号通路，并减弱油酸诱导的L02细胞中的脂质积累和炎症。
