肝细胞SLC31A1依赖性铜积累通过AMPKα1失活导致肝脏葡萄糖和脂质代谢紊乱

《Biochemistry and Biophysics Reports》：Hepatocyte SLC31A1-dependent copper accumulation contributes to hepatic glucose and lipid metabolic disturbances through AMPKα1 inactivation

　　

肝胰岛素抵抗和脂肪蓄积是代谢综合征、肥胖和2型糖尿病(T2D)的常见特征。然而，铜转运蛋白SLC31A1是否在糖尿病相关肝脏代谢紊乱中发挥作用仍不清楚。因此，研究人员研究了肝细胞SLC31A1在HFD/STZ诱导的T2D小鼠以及氨基葡萄糖(GlcN)或油酸处理的肝细胞中的作用。通过测定空腹血糖水平和胰岛素水平、HOMA胰岛素抵抗(HOMA-IR)、腹腔内葡萄糖耐量试验(IPGTT)和胰岛素耐量试验(ITT)分析葡萄糖稳态和胰岛素抵抗。在T2D小鼠中，肝脏SLC31A1表达和铜积累增强，并伴有铜死亡相关基因表达改变。肝细胞特异性SLC31A1敲低改善了小鼠的葡萄糖耐量和胰岛素抵抗，降低了肝脏糖异生，恢复了肝脏糖原积累，并减轻了肝脏脂肪变性、氧化应激、炎症和肝损伤。一致地，SLC31A1敲低减少了GlcN介导的糖异生和糖原耗竭，并降低了油酸介导的HepG2细胞中肝甘油三酯的积累。机制上，SLC31A1敲低选择性地恢复了代谢应激肝细胞中AMPKα₁的磷酸化，而AMPKα₁的基因耗竭部分逆转了SLC31A1敲低对葡萄糖产生和甘油三酯(TG)积累的影响。药理学抑制AMPK部分消除了SLC31A1下调在T2D小鼠中的作用。总的来说，肝细胞SLC31A1上调导致肝脏铜积累，并通过抑制AMPKα₁信号转导至少部分地导致肝脏代谢功能障碍。

糖尿病是一种以慢性高血糖为特征的代谢紊乱疾病，其发生发展主要与胰岛素抵抗密切相关。肝脏是胰岛素调节葡萄糖和脂质代谢的核心器官，肝胰岛素抵抗可导致葡萄糖过量、脂质蓄积和血糖失衡。肝脏糖异生增强与糖原合成障碍是高血糖的重要驱动因素，而脂肪从头合成增加和脂肪酸氧化缺陷则可诱发肝脂肪变性，进而加重胰岛素抵抗和炎症反应。目前糖尿病及其相关肝代谢紊乱的分子机制尚不完全清楚，有效治疗手段仍然有限。近年来研究表明，铜代谢紊乱和铜死亡（cuproptosis）可能参与糖尿病的易感性与进展。SLC31A1（又称铜转运蛋白1，CTR1）是介导细胞铜摄取的高亲和力转运体，其表达变化可影响铜供应、线粒体功能及能量敏感信号通路。然而，肝细胞SLC31A1是否参与糖尿病相关肝脏糖脂代谢紊乱尚属未知。为此，研究人员提出假设：肝细胞SLC31A1表达增强及随之而来的铜稳态破坏可能参与糖尿病相关糖脂代谢紊乱。

该研究在HFD/STZ诱导的T2D小鼠模型和氨基葡萄糖（GlcN）或油酸处理的HepG2细胞中，系统分析了肝细胞SLC31A1在糖尿病相关肝脏代谢紊乱中的作用与机制。研究发现，T2D小鼠肝脏SLC31A1表达和铜含量显著升高，并伴有铜死亡相关基因表达改变。肝细胞特异性敲低SLC31A1可改善高血糖、胰岛素抵抗、糖异生、糖原储存、脂肪变性、氧化应激、炎症和肝损伤。机制上，SLC31A1敲低通过恢复AMPKα₁磷酸化发挥代谢改善作用，AMPKα₁基因沉默可部分逆转其效应，而AMPK抑制剂则削弱SLC31A1敲低的有益作用。研究成果发表于《Biochemistry and Biophysics Reports》。其意义在于首次揭示肝细胞SLC31A1-铜稳态轴可能是糖尿病相关肝代谢功能障碍的潜在治疗靶点。

在技术方法上，研究人员采用HFD/STZ诱导的雄性C57BL/6J小鼠建立T2D模型，并通过携带肝细胞特异性甲状腺素结合球蛋白（TBG）启动子的AAV8载体递送shRNA实现肝细胞SLC31A1敲低；体外实验使用HepG2细胞，分别以GlcN和油酸诱导葡萄糖和脂质代谢应激。主要方法包括IPGTT、ITT、HOMA-IR评估、组织学染色（H&E、PAS、Oil Red O、TUNEL）、免疫组化/免疫荧光、RT-qPCR、Western blot、铜含量检测、AMP/ATP比值分析、siRNA介导的AMPK亚基沉默及药理学AMPK抑制。

以下为研究结果概述。

3.1 T2D小鼠中SLC31A1表达与肝脏铜积累增加。通过检测铜稳态相关基因及铜死亡相关基因表达、免疫组化和铜探针染色，发现T2D小鼠肝脏SLC31A1 mRNA水平较对照升高约5倍，SLC31A1蛋白表达及铜含量均增加，DLAT和DLD表达受抑，且SLC31A1主要表达于肝细胞。

3.2 肝细胞特异性SLC31A1敲低减轻T2D小鼠高血糖和肝胰岛素抵抗。采用AAV8-TBG-shSLC31A1敲低后，T2D小鼠空腹血糖、血清胰岛素和HOMA-IR降低，IPGTT和ITT改善，肝糖原含量恢复，PEPCK和G6Pase的活性及mRNA水平下降，肝铜浓度降低，TUNEL阳性细胞减少；敲低效应集中于肝细胞，肝外组织无明显变化。

3.3 肝细胞特异性SLC31A1敲低减轻T2D小鼠肝脂肪变性。SLC31A1敲低显著降低血清ALT、AST、TG、TC和NEFA水平，减少肝细胞空泡变性及脂滴沉积，并逆转脂生成基因（