HIF-1α-ASS1轴驱动精氨酸代谢重编程调控肝纤维化中的肝星状细胞活化

《Phytomedicine》：HIF-1α-ASS1 Axis Drives Reprogramming of Arginine Metabolism Controls Hepatic Stellate Cell Activation in Hepatic Fibrosis

　　

HIF-1α介导的ASS1抑制破坏精氨酸代谢稳态，从而促进肝星状细胞（HSC）活化和肝纤维化。通过遗传或药理学抑制HIF-1α恢复精氨酸稳态，可抑制多细胞肝球体（MCHS）中的上皮-间质转化（EMT）和纤维化进展。ABRL8301通过HIF-1α-ASS1轴调节精氨酸水平，并在体外和体内肝纤维化模型中减轻纤维化表型。ABRL8301与索拉非尼联合治疗在MCHS模型中增强细胞凋亡和肿瘤抑制，凸显了精氨酸代谢重编程在肝纤维化和肝癌中的治疗潜力。

论文解读：HIF-1α-ASS1轴驱动精氨酸代谢重编程调控肝纤维化中的肝星状细胞活化

代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）已成为全球突出的健康挑战，迅速成为慢性肝病的主要病因和肝移植的重要指征。尽管针对甲状腺激素受体β、过氧化物酶体增殖物激活受体和胰高血糖素样肽1受体激动剂等代谢调节因子以及抗纤维化和抗炎药物取得了进展，但临床试验在逆转肝纤维化方面改善有限。这种疗效局限性凸显了当前对从单纯脂肪变性进展为纤维化晚期MASH的复杂代谢和炎症通路认知的不足。精氨酸在肝脏尿素循环中起着关键作用，是氮解毒的必需底物，并调节脂质代谢，包括脂肪酸氧化和极低密度脂蛋白分泌。精氨酸可利用性破坏会损害这些代谢过程，导致肝脏甘油三酯积累。精氨酸缺乏与精氨基琥珀酸合成酶1（ASS1）功能下降、尿素循环酶缺陷或炎症期间代谢需求增加有关，与肝星状细胞（HSC）活化和肝脏再生能力降低密切相关。ASS1是内源性精氨酸生物合成的关键酶，在健康肝组织中高表达，但在缺氧或酸中毒等病理状态下常下调。此外，缺氧诱导因子1α（HIF-1α）通过下调ASS1和上调精氨酸酶1（Arg1）在缺氧条件下重编程肝脏精氨酸代谢，导致氮处理和细胞代谢改变。然而，HIF-1α-ASS1轴在肝纤维化中的具体作用机制尚未完全阐明。因此，该研究旨在探究HIF-1α驱动的ASS1表达变化如何通过精氨酸代谢重编程调控HSC活化及肝纤维化进程，并评估靶向该轴的潜在治疗价值。该研究成果发表在《Phytomedicine》。

研究人员采用多细胞肝球体（MCHS）模型模拟肝纤维化微环境，该模型由肝癌细胞Huh7（来自韩国细胞系库）、肝星状细胞LX2（来自Merck Millipore）、人肺成纤维细胞WI38（来自美国典型培养物保藏中心）和人脐静脉内皮细胞HUVEC（来自Promocell）共培养构建。主要技术方法包括：使用小干扰RNA（siRNA）敲低HIF-1α、质粒过表达ASS1或Arg1，并通过药理学抑制剂ABRL8301（2-甲氧雌二醇衍生物）及阳性对照2-甲氧雌二醇（2-ME）处理。检测手段涵盖蛋白质印迹（Western blot）分析蛋白表达、实时荧光定量PCR（qRT-PCR）检测mRNA水平、酶联免疫吸附测定（ELISA）检测精氨酸浓度、荧光素酶报告基因检测ASS1启动子活性、免疫细胞化学结合高内涵筛选（HCS）系统分析形态学指标，以及全息断层扫描（HT）实时量化活细胞三维形态。体内实验采用CCl₄诱导的小鼠肝纤维化模型（8周龄雄性Balb/C小鼠，购自Orient Bio Inc.）和Huh7细胞异种移植的BALB/c裸鼠肿瘤模型（购自Central Lab. Animal, Inc.），通过组织学染色评估病理变化。

**ASS1通过维持精氨酸稳态调节HSC活化。** 在MCHS中，精氨酸剥夺增加了球体致密度和α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）强度，而补充L-精氨酸可缓解这些变化。在Huh7细胞中，精氨酸剥夺激活eIF2α通路诱导内质网（ER）应激，并上调SMAD2/3磷酸化及间充质标记物（如α-SMA、Snail和胶原I）；精氨酸补充逆转上述效应。LX2细胞中精氨酸剥夺抑制增殖并诱导ER应激和间充质标记物表达。过表达ASS1降低LX2和WI38细胞中间充质标记物水平，而过表达Arg1则增加α-SMA表达，表明ASS1与Arg1的平衡对抑制HSC活化至关重要。

**遗传和药理学抑制HIF-1α在纤维化环境中上调ASS1。** 精氨酸饥饿上调HIF-1α，同时下调ASS1和c-Myc；siRNA敲低HIF-1α显著增加ASS1的mRNA和蛋白表达，而ASS1过表达不影响HIF-1α，提示HIF-1α是ASS1的转录抑制因子。药理学抑制剂ABRL8301在LX2细胞中无细胞毒性，但能显著增加精氨酸水平，增强ASS1启动子活性，并在Huh7、LX2和WI38细胞中抑制HIF-1α蛋白表达、上调ASS1表达。

**ABRL8301通过增加MCHS中的精氨酸产生抑制EMT。** 在MCHS模型中，ABRL8301处理增加球体尺寸，抑制N-钙黏蛋白、Snail和α-SMA等间充质标记物表达，降低球体致密度，并提高精氨酸产量。在LX2和WI38细胞中，ABRL8301处理下调胶原I、Snail、α-SMA和波形蛋白表达，并拮抗转化生长因子β1（TGFβ1）诱导的α-SMA纤维形成和EMT标记物上调。

**ABRL8301减弱TGFβ1诱导的HSC EMT和纤维化形态。** 全息断层扫描显示，TGFβ1处理诱导LX2细胞伸长和α-SMA纤维积累，而ABRL8301共处理显著降低细胞伸长指数（指数移动平均值）和α-SMA荧光强度，减少EMT相关的细胞骨架重塑，并呈现剂量依赖性。

**ABRL8301减轻CCl₄处理小鼠的肝脏病理损伤和纤维化。** 在CCl₄诱导的肝纤维化小鼠模型中，ABRL8301显著减少肝脏胶原沉积（天狼星红染色阳区域面积），并减轻小叶中心坏死程度，其效果优于奥贝胆酸和2-ME治疗组。

**ABRL8301显著提高肝细胞癌化疗药物的疗效。** 在MCHS中，ABRL8301与索拉非尼联合治疗显著减小球体直径，并增加凋亡标志物cleaved-PARP的表达。在Huh7细胞异种移植小鼠模型中，联合用药较索拉非尼单药显著抑制肿瘤生长，且血清天冬氨酸氨基转移酶（AST）和丙氨酸氨基转移酶（ALT）水平未见升高，提示联合方案具有良好的安全性。

讨论部分指出，精氨酸代谢失衡是纤维化和肿瘤进展的关键决定因素。HIF-1α在精氨酸缺乏时表达上调，且独立于c-Myc，通过转录抑制ASS1导致精氨酸进一步耗竭，形成“精氨酸灾难”循环，驱动肝脏持续的代谢重编程。ABRL8301通过恢复细胞内精氨酸水平有效阻断该病理循环，抑制下游纤维化级联反应。结合先进成像技术和人工智能辅助分析，该研究建立了可扩展、标准化的抗纤维化药物定量评价平台。研究结论总结如下：研究人员建立的机制框架表明，HIF-1α对ASS1的调节控制精氨酸代谢平衡，从而调节肝纤维化和肝细胞癌的治疗反应。通过补充L-精氨酸、基因调节或药理学诱导恢复精氨酸稳态，是一种可行的抗纤维化策略。这些发现将HIF-1α-ASS1调控环路确定为核心致病轴，并作为治疗代谢性和纤维化性肝病的下一代有前景的分子靶点。