《Food Chemistry: Molecular Sciences》：Low-dose
l-carnitine supplementation attenuates hepatic lipid accumulation in chow-fed mice: Insights from integrated multi-omics analysis
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低剂量左卡尼汀可减少普通饲料喂养小鼠的肝脏脂质蓄积。
多组学分析揭示肝脏代谢网络的协调重塑。
脂肪生成通过下调Xu-5P/PP2A/ChREBP信号特征而受到抑制。
经典脂肪酸氧化标志物未被显著激活。
左卡尼汀改变嘧啶代谢和抗坏血酸/醛酸盐代谢。
低剂量左卡尼汀可减少普通饲料喂养小鼠的肝脏脂质蓄积。
多组学分析揭示肝脏代谢网络的协调重塑。
脂肪生成通过下调Xu-5P/PP2A/ChREBP信号特征而受到抑制。
经典脂肪酸氧化标志物未被显著激活。
左卡尼汀改变嘧啶代谢和抗坏血酸/醛酸盐代谢。
低剂量左卡尼汀补充对普通饲料喂养小鼠肝脏脂质代谢的多组学解析
一、研究背景与科学问题
肝脏是调控全身代谢和脂质稳态的中枢器官，通过协调脂肪酸合成、氧化、转运和储存来维持脂质平衡。然而，在普通饲料喂养、非高脂饮食条件下，肝脏如何响应外源营养素并调节脂质代谢的分子机制尚不完全清楚。左卡尼汀（l-carnitine）是线粒体β-氧化的必需辅助因子，可将长链脂肪酸转运至线粒体基质进行能量生产。既往研究多集中于左卡尼汀在非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）、高脂饮食诱导肥胖、糖尿病等病理模型中的改善作用，而左卡尼汀作为一种广泛使用的膳食补充剂，在无明确代谢疾病人群中同样被大量摄入。因此，在普通饲料条件下系统评估左卡尼汀补充对肝脏的影响，对于理解其在基础营养状态下的营养调控作用具有重要意义。然而，目前缺乏针对该条件下左卡尼汀肝脏效应的系统多组学研究。
二、研究内容与总体结论
研究人员以8周龄雄性C57BL/6J小鼠为模型，设置0、0.5、1、1.5 mg/天四个口服剂量组，连续灌胃35天，通过组织病理学、代谢组学、转录组学、蛋白质组学及加权基因共表达网络分析（WGCNA）等整合多组学手段，系统表征了普通饲料喂养条件下左卡尼汀补充对肝脏脂质沉积的影响。结果表明，低剂量左卡尼汀补充可剂量依赖地降低肝重和肝脏系数，减轻肝细胞空泡化和脂质密度，增加双核肝细胞比例。其机制并非通过激活经典脂肪酸氧化（FAO）通路，而是主要与抑制脂肪生成、重塑氨基酸和碳水化合物代谢、影响昼夜节律转录特征以及调节嘧啶和解毒相关通路有关。该论文发表于《Food Chemistry: Molecular Sciences》。
三、主要技术方法
本研究采用以下关键技术：①肝脏组织病理学分析，通过苏木精-伊红（H&E）染色定量肝细胞面积、脂质密度和双核肝细胞比例；②基于液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）的非靶向代谢组学，结合主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）筛选差异代谢物；③RNA测序转录组学，利用DESeq2鉴定差异表达基因（DEG），并进行GO/KEGG富集分析；④基于4D-DIA的蛋白质组学，利用Spectronaut软件定量差异表达蛋白（DEP）；⑤WGCNA与多组学相关性网络分析，整合转录-蛋白-代谢物与表型关联。样本来源为40只小鼠，其中24只匹配肝脏样本用于所有组学分析。
四、研究结果
3.1 左卡尼汀对肝脏形态和脂质沉积的剂量相关影响：通过体重、肝重测量和H&E染色发现，左卡尼汀处理显著降低肝重和肝脏系数，并剂量依赖地减少中央区和门静脉周围区肝细胞面积及脂质密度，同时增加双核肝细胞比例（P<0.05），提示肝细胞结构趋于成熟稳定。
3.2 左卡尼汀改变健康小鼠肝脏代谢谱：非靶向代谢组学共鉴定860个（正离子模式）和1203个（负离子模式）代谢物。PCA和OPLS-DA显示处理组与对照组明显分离，且分离程度随剂量增加。共筛选出185、424、534个差异累积代谢物（DAMs），三个剂量组共享59个显著差异代谢物，其中多数为氨基酸代谢物。KEGG富集显示高剂量组主要富集于嘧啶代谢、抗坏血酸和醛酸盐代谢及半乳糖代谢。
3.3 左卡尼汀剂量相关地调节肝脏基因转录：转录组分析显示，低、中、高剂量组分别鉴定出241、583、667个DEGs。共享的119个DEGs富集于昼夜节律、氨基酸代谢和脂质合成通路。核心昼夜节律转录因子Bmal1和Clock在各剂量组均显著下调。经典FAO相关基因（如Cpt1a、Cpt2、Acox1、Ppara等）虽可检出，但未达到差异表达阈值，表明经典脂肪酸氧化未被显著激活。WGCNA结合代谢组网络分析提示，麦芽五糖、水苏糖等关键代谢物与多个表型相关基因高度关联。
3.4 左卡尼汀诱导肝脏蛋白质表达的系统重塑：4D-DIA蛋白质组学共定量6612个蛋白。低、中、高剂量组分别鉴定出594、825、1668个DEPs，分组分离程度随剂量增强。KEGG富集显示过氧化物酶体、辅因子生物合成、初级胆汁酸合成等通路显著富集。与转录组一致，FAO相关蛋白未呈现一致的剂量依赖性上调。进一步整合发现，木酮糖-5-磷酸（Xu-5P）相对丰度显著降低，同时蛋白磷酸酶2A催化亚基PPP2CB和脂肪酸合成相关蛋白Acaca、Fasn也呈下降趋势，提示Xu-5P/PP2A/ChREBP相关脂肪生成程序受到抑制。
3.5 多组学整合分析揭示左卡尼汀调节肝脏脂质稳态的机制：转录组与蛋白质组一致性分析显示，Upp2、Tef、Klf13在多个剂量组中同步上调，Hacl1、Gldc、Acnat1、Acnat2等脂质代谢相关基因同步下调。三组学KEGG交集分析仅在高剂量组中发现两个共享通路：嘧啶代谢和抗坏血酸/醛酸盐代谢。相关性分析显示，嘧啶代谢中的尿嘧啶、乳清酸、β-丙氨酸等代谢物及Cad、Ctps2、Dpyd等基因/蛋白均与肝脏脂质沉积表型显著相关；抗坏血酸/醛酸盐代谢中Ugt家族基因（Ugt1a6、Ugt2a3）显著下调，且与脂质沉积保护相关。
五、讨论与结论
讨论指出，本研究在普通饲料喂养模型中未观察到经典FAO通路的显著激活，可能与取材前12小时禁食及单一终点取样有关。低剂量左卡尼汀的降脂作用更可能源于对脂肪生成信号的抑制及碳水化合物、核苷酸和解毒通路的协调重塑。血液学参数显示红系参数稳定，但中高剂量组白细胞和淋巴细胞计数降低、血小板升高，其生物学意义尚需进一步研究。双核肝细胞比例升高提示肝细胞成熟和代谢稳定性的改善。研究人员强调，这些发现尚不支持制定人群营养推荐剂量，需通过更精细的剂量梯度和直接通量测定来验证。
综合而言，该研究的结论可概括为：在普通饲料喂养条件下，低剂量左卡尼汀补充与肝脏脂质蓄积减少相关，并伴随四个方面的协调分子变化：(1) 脂肪生成相关信号的减弱，可能涉及Xu-5P/ChREBP相关调控；(2) 氨基酸和碳水化合物相关代谢物的重塑；(3) 肝脏昼夜节律转录特征的改变；(4) 核苷酸和解毒相关通路的变化。这些整合多组学发现为理解膳食左卡尼汀如何参与肝脏脂质代谢的营养调控提供了分子框架。
