《Metabolites》：Early Hepatic Transcriptomic Responses to High-Fat Diet in Apolipoprotein A-IV Knockout Mice
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背景：载脂蛋白A-IV（ApoA-IV）参与脂质代谢和能量稳态，但其在肝脏适应膳食应激中的作用尚不完全清楚。本研究旨在确定ApoA-IV缺乏是否会改变高脂饮食（HFD）诱导的肝脏转录反应，并探讨这些分子变化如何与肝功能的生化和组织学特征相关联。方法：雄性Apo
背景：载脂蛋白A-IV（ApoA-IV）参与脂质代谢和能量稳态，但其在肝脏适应膳食应激中的作用尚不完全清楚。本研究旨在确定ApoA-IV缺乏是否会改变高脂饮食（HFD）诱导的肝脏转录反应，并探讨这些分子变化如何与肝功能的生化和组织学特征相关联。方法：雄性ApoA-IV基因敲除（KO）小鼠和野生型（WT）小鼠分别接受正常饮食（ND）或HFD喂养12周。对肝脏组织进行全转录组RNA测序，随后进行差异表达和功能富集分析。结果：组织学检查显示，无论饮食条件如何，ApoA-IV-KO小鼠均存在持续的小叶性和门静脉性炎症，伴有轻度纤维化，而所有组均未观察到脂肪变性和肝细胞气球样变。饮食干预和基因型均与转录组和生化改变相关，尽管所识别的变化主要体现在特定基因和生物学通路上。与WT小鼠相比，ApoA-IV缺乏与更有限的饮食相关转录组变化相关，表现为差异表达基因（DEGs）和富集的功能类别数量较少。功能富集分析识别出主要与脂质和固醇代谢相关的改变，包括他汀通路、甘油三酯代谢、PPAR信号传导和细胞色素P450相关过程。值得注意的是，无论饮食条件如何，他汀通路是唯一一致区分ApoA-IV缺陷小鼠和WT小鼠的功能类别。此外，与WT小鼠相比，HFD喂养的ApoA-IV-KO小鼠表现出血清甘油三酯、丙氨酸氨基转移酶和胰岛素水平升高。结论：ApoA-IV缺乏与调节参与肝脏应对膳食挑战的特定代谢和炎症通路相关。胆固醇和固醇相关通路，包括他汀通路，是最一致的基因型相关转录组特征。在本模型的背景下，研究结果表明ApoA-IV可能有助于膳食应激早期阶段肝脏的代谢适应反应，尽管所观察到的转录组差异的生物学意义仍需进一步研究。
研究背景与目的
载脂蛋白A-IV（ApoA-IV）是一种主要参与脂质转运和能量稳态调节的脂质相关蛋白。尽管其系统性代谢作用已有较多描述，但它如何影响肝脏在膳食应激下的代谢和炎症反应仍不完全清楚。肝脏在适应高脂饮食（HFD）引起的代谢应激中扮演核心角色，通常会触发脂质重塑和炎症信号。然而，这些反应的强度和性质受到遗传因素的强烈影响，早期的转录变化并不总是直接转化为明显的表型表现，如脂肪变性。既往研究表明，ApoA-IV缺乏会以饮食和年龄依赖的方式调节肠道菌群和代谢物谱，但宿主因素与微生物组依赖性机制在早期膳食应激反应中的相对贡献尚不明确。因此，研究人员开展本研究，旨在阐明ApoA-IV缺乏是否会影响肝脏在正常饮食（ND）和高脂饮食（HFD）条件下的基因表达谱，并评估这些分子变化与肝功能生化和组织学特征的关系，为理解ApoA-IV在肝脏代谢和炎症适应膳食应激中的作用提供框架。
研究方法
研究人员使用了全身性ApoA-IV基因敲除（KO）小鼠模型（由Breslow等人最初构建，来自Patrick Tso教授提供的品系，回交至C57BL/6J背景）。雄性ApoA-IV-KO和野生型（WT）C57BL/6J小鼠在6周龄时被随机分配继续接受ND（10%热量来自脂肪）或转为HFD（60%热量来自脂肪），为期12周。实验结束时收集血液和肝脏组织。主要技术方法包括：1）肝脏组织学评估，采用苏木精-伊红（H&E）染色和Masson三色染色，并根据代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）活动度评分系统对炎症、脂肪变性、气球样变和纤维化进行评分；2）血清生化参数检测，使用Spotchem EZ SP-4430分析仪测定总胆固醇、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、甘油三酯、丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（AST）、碱性磷酸酶（ALP）和葡萄糖，并使用ELISA试剂盒检测胰岛素；3）全转录组RNA测序（RNA-seq），从肝脏组织中提取总RNA，经poly(A)富集后，使用Ion Total RNA-Seq Kit v2构建文库，并在Ion Proton平台上进行测序；4）生物信息学分析，使用STAR和bowtie2将reads比对到mm39参考基因组，htseq-count进行基因定量，DESeq2进行差异表达分析（DEGs，显著性阈值padj < 0.05，功能富集分析放宽至padj < 0.1），并使用ClueGO插件进行Gene Ontology（GO）、KEGG、Reactome和Wiki Pathways等功能富集分析。
研究结果
3.1 小鼠特征
体重方面，各组间中位体重增加无统计学显著差异，但HFD喂养的小鼠，特别是ApoA-IV-KO小鼠，显示出数值上更大的体重增长。组织学方面，WT小鼠肝脏形态正常；所有组均未见肝细胞气球样变或脂肪变性；几乎所有ApoA-IV-KO小鼠（无论饮食）和大部分HFD喂养的WT小鼠都存在小叶性和门静脉性炎症（1-3级），且所有ApoA-IV缺陷小鼠和半数WT小鼠伴有轻度纤维化（1-2级）。血清生化方面，HFD喂养导致两组小鼠的总胆固醇和HDL-C水平显著升高，ALP水平降低；此外，HFD喂养的ApoA-IV-KO小鼠表现出甘油三酯、ALT和胰岛素水平升高，但总胆固醇低于HFD喂养的WT小鼠；胰岛素水平在HFD下更高，在ND下更低；血糖在各组间无显著差异。
3.2 差异表达基因
主成分分析（PCA）未显示样本按基因型或饮食显著聚类。在ApoA-IV-KO与WT小鼠的比较中，ND条件下鉴定出50个DEGs，HFD条件下鉴定出19个DEGs。在HFD与ND的比较中，ApoA-IV-KO小鼠中鉴定出16个DEGs，WT小鼠中鉴定出45个DEGs。最显著的DEGs包括：在ND下区分基因型的Slc39a2、BC049987、Tmem260、Hmgcr和Slc17a8；在HFD下区分基因型的Slc39a2、Cebpe、ApoC3、Tmem254和Plac9。在饮食效应方面，ApoA-IV-KO小鼠中最显著的DEGs包括Fgf21、Rad51b、Il6ra、Got1和Ugt1a9；WT小鼠中最显著的包括Cyp2c55、Fgf21、Gm40794、Slco1a4和1810053823Rik。
3.3 功能富集分析
对于ND喂养的ApoA-IV-KO与WT小鼠比较得到的124个DEGs，富集的通路主要围绕次级醇代谢过程、固醇代谢过程、他汀通路、甘油三酯代谢过程、PPAR信号通路、酰基辅酶A水解酶活性和细胞色素P450。对于HFD喂养的ApoA-IV-KO与WT小鼠比较得到的32个DEGs，富集的11条通路包括脂质代谢和毒性中的核受体、细胞衰老的负调控和他汀通路。值得注意的是，他汀通路是唯一在两种饮食条件下均能区分ApoA-IV缺陷和WT小鼠的通路。在ND下，该通路涉及ApoC3、Hmgcr、Lipc和Lrp1基因；在HFD下，主要由ApoC3和Cyp7a1代表。对于ApoA-IV-KO小鼠的饮食效应（HFD vs ND），20个DEGs富集于氨基酸合成和转氨作用、二羧酸生物合成过程、GPI锚结合和多细胞生物体代谢过程的调控。对于WT小鼠的饮食效应，65个DEGs富集于氨基酸合成和转氨作用、细胞色素P450、花生四烯酸环氧酶活性、谷胱甘肽转移酶活性和甘油三酯代谢过程。
讨论与结论
讨论部分指出，ApoA-IV缺乏并未引起广泛的转录组变化，而是选择性地影响特定的代谢和应激反应通路，这与ApoA-IV在肝脏适应中起调节作用的观点一致。尽管PCA未显示全局分离，但饮食干预和基因型均与特定的转录组和生化改变相关。ApoA-IV缺陷小鼠的饮食相关DEGs数量少于WT小鼠，这可能反映了其肝脏适应能力的差异。即使在正常饮食下，ApoA-IV缺陷小鼠也存在炎症和轻度纤维化，表明其具有基线促炎性肝脏表型。功能富集分析主要识别出脂质和固醇代谢通路，其中他汀通路是唯一不受饮食影响的基因型差异标志，提示ApoA-IV缺乏对肝脏胆固醇处理有稳定影响。该通路涉及Hmgcr、Cyp7a1、Lrp1、Lipc和ApoC3等基因的表达改变。研究还讨论了Fgf21在应对HFD时的保守诱导作用，以及Slc39a2在炎症和纤维化表型中的潜在关联。研究局限性包括：部分比较组的生物学重复数有限、测序平台限制、缺乏独立方法验证、未监测食物摄入、仅纳入雄性小鼠以及单一时间点设计。结论部分翻译如下：综上所述，这些发现表明ApoA-IV与通过特定代谢和炎症通路而非主要转录组或表型改变来调节肝脏对膳食应激的反应有关。ApoA-IV缺乏与更有限的饮食相关转录组变化相关，但这一观察的生物学意义需进一步研究。值得注意的是，胆固醇和固醇相关通路（包括他汀通路）的改变是最一致的基因型相关转录组特征，提示ApoA-IV缺乏对肝脏胆固醇稳态具有稳定影响。在本模型的背景下，研究结果表明ApoA-IV可能在代谢适应膳食挑战的早期阶段（此时分子改变可先于明显的组织病理学表现）对肝脏反应有所贡献。
