《Journal of Inflammation Research》：Vitamin B12 Alleviates Hepatic Ischemia–Reperfusion Injury with Restoration of Propanoate Metabolism and Mitochondrial Function
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背景：肝缺血再灌注损伤（HIRI）是肝切除和肝移植术后肝功能障碍的主要原因，涉及炎症、氧化应激、线粒体及代谢紊乱。尽管炎症和氧化机制已被广泛研究，但HIRI期间的代谢改变仍不甚明了。本研究探讨了HIRI过程中丙酸代谢的变化，并评估了维生素B12（VB12）的作
背景：肝缺血再灌注损伤（HIRI）是肝切除和肝移植术后肝功能障碍的主要原因，涉及炎症、氧化应激、线粒体及代谢紊乱。尽管炎症和氧化机制已被广泛研究，但HIRI期间的代谢改变仍不甚明了。本研究探讨了HIRI过程中丙酸代谢的变化，并评估了维生素B12（VB12）的作用。方法：将小鼠HIRI模型和人肝移植的转录组及单细胞转录组数据与体内实验以及AML12细胞缺氧/复氧（H/R）实验相结合，检测丙酸代谢的变化及VB12处理的效果。结果：HIRI期间丙酸代谢显著受抑，人肝移植数据中的肝细胞也观察到类似的降低。VB12处理在体外和体内均减轻了H/R和HIRI诱导的损伤及炎症反应。转录组分析显示，VB12处理后丙酸代谢相关通路得以恢复。在该通路内筛选到的候选基因中，Mmut在H/R或HIRI后持续降低，并在VB12处理后升高。VB12还减轻了H/R诱导的线粒体膜去极化，并改善了线粒体功能相关变化。结论：HIRI期间肝细胞丙酸代谢显著受抑。VB12可恢复丙酸代谢和Mmut表达，改善线粒体功能，并减轻HIRI。这些发现将Mmut确定为与VB12代谢反应相关的潜在关键基因，并支持VB12作为HIRI的潜在代谢干预手段。
肝缺血再灌注损伤（HIRI）是肝切除和肝移植后肝功能不全的重要病理基础，其机制涉及炎症、氧化应激、线粒体功能障碍及代谢紊乱。现有研究多聚焦于炎症与活性氧机制，而代谢重编程在HIRI中的作用尚不明确。丙酸代谢作为线粒体关键代谢通路，其受抑可导致甲基丙二酸蓄积并限制三羧酸循环回补，进而加剧线粒体损伤。维生素B12（VB12）作为甲基丙二酰辅酶A变位酶（MMUT）的辅酶，理论上可恢复丙酸代谢，但其对HIRI的作用尚无报道。研究人员整合小鼠HIRI模型、人肝移植转录组及单细胞数据，结合体内外干预实验，发现HIRI时肝细胞丙酸代谢显著抑制，而VB12处理可恢复该通路并减轻肝损伤。通过差异基因筛选与相关性分析，研究人员锁定Mmut为关键候选基因，并证实VB12通过改善线粒体动力学及膜电位发挥保护作用。该研究首次揭示丙酸代谢抑制与HIRI的关联，为代谢靶向干预提供新思路。
为开展本研究，研究人员主要采用了以下核心技术方法：利用小鼠70%温热HIRI模型（C57BL/6雄性小鼠，购自斯贝福（北京）生物技术有限公司）和AML12细胞缺氧/复氧模型进行体内外表型验证；整合公共数据库（GSE12720、GSE23649、GSE151648和GSE189539）的转录组与单细胞转录组数据，运用limma、DESeq2、Seurat及Harmony算法进行差异表达、通路富集（GO/KEGG/GSEA）和细胞亚群分析；采用靶向ELISA检测丙酰辅酶A、甲基丙二酸和琥珀酰辅酶A代谢物水平；通过转录组测序筛选VB12处理后的差异基因，并结合Pearson相关性分析鉴定关键基因；利用Western blot、流式细胞术（Annexin V、Ki67、ROS、JC-1）等评估凋亡、增殖、氧化应激及线粒体功能。
研究结果部分显示：（1）HIRI诱导小鼠肝组织损伤并增加炎症因子水平。与假手术组相比，HIRI组血浆ALT、AST及IL-6、IL-1β、TNF-α显著升高，肝组织H&E染色显示肝索结构破坏、坏死和淤血，Suzuki评分增加，TUNEL阳性细胞增多，炎症基因Il6、Il1b、Tnf、Ccl2、Cxcl2表达上调，表明HIRI模型成功建立并呈现典型急性损伤特征。（2）小鼠HIRI后肝组织转录组分析显示炎症通路激活和丙酸代谢通路抑制。GSEA和KEGG富集显示TNF、IL-17等炎症通路显著上调，而丙酸代谢通路下调最为显著，同时GO分析亦证实代谢过程普遍受抑。（3）人肝移植转录组和单细胞数据提示同样的炎症激活与丙酸代谢抑制。在人类样本中，再灌注后肝组织炎症通路富集，丙酸代谢通路负富集；单细胞分析进一步证实肝细胞中丙酸代谢通路评分显著降低。（4）VB12可减轻AML12细胞H/R损伤。3μM VB12预处理显著降低Annexin V+凋亡细胞比例，增加Ki67+增殖细胞，减少IL-6和IL-1β的平均荧光强度，降低ROS并减轻线粒体膜去极化，同时逆转炎症基因表达。（5）VB12可减轻小鼠HIRI。50mg/L VB12饮水干预5天可显著降低HIRI小鼠血浆ALT、AST及炎症因子水平，改善肝组织坏死和Suzuki评分，减少TUNEL阳性细胞，并抑制炎症基因表达。（6）VB12增强HIRI后丙酸代谢通路活性。转录组测序显示VB12显著上调丙酸代谢、丙酮酸代谢、TCA循环等通路，下调HIF-1、TNF、IL-17等通路；代谢物检测显示HIRI升高丙酰辅酶A和MMA、降低琥珀酰辅酶A，而VB12可逆转这些改变。（7）Mmut作为VB12介导丙酸代谢恢复的潜在关键基因。Venn分析获得15个交集基因，Pearson相关性显示Pcca和Mmut与肝功能及组织学指标显著相关；体内外验证显示两者在H/R或HIRI后下调、VB12处理后上调，其中Mmut在假手术条件下亦对VB12有显著反应。此外，VB12还调节线粒体分裂/融合标志蛋白（p-DRP1 Ser616下降、p-DRP1 Ser637和MFN1上升）及线粒体功能基因（Dnm1l、Mfn1、Mfn2、Ppargc1a、Opa1、Pink1）表达，改善线粒体稳态。
讨论部分指出，HIRI中炎症激活与丙酸代谢抑制并存，VB12的保护效应不仅限于抗炎，更可能通过恢复肝细胞丙酸代谢和线粒体代谢稳态而实现。Mmut因编码VB12依赖性变位酶且其表达变化与VB12干预密切相关，被优先确定为潜在关键基因。研究局限性包括未进行广泛代谢谱和通量分析，未直接验证Mmut依赖性，以及缺乏独立临床队列验证。结论部分翻译为：本研究揭示了HIRI期间肝细胞丙酸代谢显著受抑。VB12可恢复丙酸代谢和Mmut表达，改善线粒体稳态，并减轻急性HIRI。这些发现将Mmut确定为与VB12代谢反应相关的潜在关键基因，并提示调节丙酸代谢可能成为减轻HIRI的潜在策略。
