文章標(biāo)題：Proteomic analysis reveals exercise training induced remodelling of hepatokine secretion and uncovers syndecan-4 as a regulator of hepatic lipid metabolism
發(fā)表期刊：Molecular Metabolism
影響因子：7.422
研究背景
非酒精性脂肪肝病 (Non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)被定義為肝臟中脂質(zhì)的過度積累，是一種普遍的慢性肝病，其病理表現(xiàn)包括肝脂肪變性、非酒精性脂肪性肝炎、纖維化等。
運(yùn)動訓(xùn)練是在目前沒有批準(zhǔn)的藥物療法的情況下治療NAFLD的首選治療方法，然而這一療法的適用性并不廣泛，尤其是對NAFLD發(fā)病率最高的肥胖人群而言，因而開發(fā)NAFLD的藥物療法十分緊要，而了解運(yùn)動訓(xùn)練降低NAFLD嚴(yán)重程度的過程可能會為治療這種疾病提供新的思路。
生物組織會分泌激素（尤其是蛋白質(zhì)）、細(xì)胞因子、代謝物和核酸來誘導(dǎo)自分泌、旁分泌和內(nèi)分泌作用，以調(diào)節(jié)營養(yǎng)代謝和全身能量穩(wěn)態(tài)。而肝臟分泌的蛋白質(zhì)也稱為“肝因子”，是組織間的重要通信媒介，同時(shí)肝因子分泌失調(diào)也是 NAFLD的一個(gè)公認(rèn)特征。
研究內(nèi)容
01.小鼠運(yùn)動訓(xùn)練計(jì)劃的驗(yàn)證
給12只小鼠喂食高脂肪飲食六周使其患得NAFLD，后將其分為久坐對照組和運(yùn)動訓(xùn)練組，對六只運(yùn)動訓(xùn)練組的小鼠進(jìn)行6周的運(yùn)動訓(xùn)練。在此期間，久坐組小鼠體重增加了約5.3克，而運(yùn)動組的小鼠體重增加不明顯；與久坐對照組小鼠相比，運(yùn)動組小鼠體重的增加與較少質(zhì)量的脂肪組織有關(guān)，同時(shí)其肝臟甘油三酯含量降低了約52%，最大跑步能力的顯著改善，骨骼肌中電子傳遞鏈的各種亞單位的蛋白質(zhì)表達(dá)也顯著增加，空腹血糖更低，葡萄糖耐量也稍有改善，但兩組之間的骨骼肌質(zhì)量沒有顯著差異。
02.運(yùn)動訓(xùn)練重塑肝細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)組和肝因子分泌蛋白組
通過小鼠體內(nèi)肝細(xì)胞分離后進(jìn)行的細(xì)胞內(nèi)蛋白組分析發(fā)現(xiàn)，相較于對照組，運(yùn)動組共分析確定的2657種蛋白質(zhì)中有57種蛋白質(zhì)顯著增加，80種蛋白質(zhì)顯著減少。運(yùn)動組的線粒體功能也得到了改善，另外運(yùn)動組中的數(shù)種腫瘤抑制蛋白（如 PTEN）、參與脂質(zhì)代謝的蛋白（如RICTOR、PPARα）、抑癌基因（如MYC、MYCN）和氧化應(yīng)激調(diào)節(jié)因子（如NFE2L2)上調(diào)。PCA分析顯示運(yùn)動組的重復(fù)性更好，而久坐組的變異性更大。
通過小鼠體內(nèi)肝細(xì)胞分離后進(jìn)行的肝因子分泌蛋白組分析發(fā)現(xiàn)，相較于對照組，運(yùn)動組增加了26種經(jīng)典分泌蛋白，減少了9種，同時(shí)參與脂質(zhì)氧化和轉(zhuǎn)運(yùn)的分泌蛋白上調(diào)，而與肝脂肪變性、氧化應(yīng)激和肝癌相關(guān)的蛋白下調(diào)，與硫酸乙酰肝素合成和5-羥色胺降解相關(guān)的通路上調(diào)，而膽固醇合成通路則相對下調(diào)。同時(shí)與細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)組相比，兩個(gè)組別在PCA算法中都展現(xiàn)出較好的重復(fù)性。
這些結(jié)果表明運(yùn)動訓(xùn)練可以調(diào)節(jié)肝細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)組和分泌蛋白組，而這些變化會進(jìn)而調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝的各個(gè)方面。
相關(guān)性分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)蛋白組的豐度與相應(yīng)的分泌蛋白質(zhì)之間存在顯著負(fù)相關(guān)，說明運(yùn)動干預(yù)導(dǎo)致的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)變化并不能很好地預(yù)測肝細(xì)胞分泌蛋白質(zhì)的變化。
03.運(yùn)動組小鼠的肝因子改善離體組織中的脂質(zhì)代謝和胰島素的作用
對健康小鼠的離體組織進(jìn)行分組培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動組小鼠的肝細(xì)胞分泌因子不會改變附睪脂肪組織中脂肪的分解或受胰島素調(diào)節(jié)的2-脫氧葡萄糖攝取情況。
而與久坐組小鼠相比，運(yùn)動組小鼠的肝因子顯著增加了骨骼肌中受胰島素調(diào)節(jié)的 2-脫氧葡萄糖攝取，脂肪酸的氧化量也有所上升，同時(shí)降低了肝葡萄糖輸出，而脂肪酸攝取、甘油三酯合成、磷脂合成、和肝臟中的總脂質(zhì)合成在兩組之間并沒有顯著差異。
04.運(yùn)動反應(yīng)性肝因子syndecan-4的鑒定
蛋白組的檢測分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有55種蛋白質(zhì)僅由運(yùn)動組小鼠的肝細(xì)胞分泌，其中包括SDC4，而51種蛋白質(zhì)僅由久坐組小鼠肝細(xì)胞分泌。
有文獻(xiàn)表明，人體運(yùn)動期間血漿SDC4升高，SDC4的多態(tài)性與腹部脂肪有關(guān)等。而轉(zhuǎn)錄組的分析結(jié)果表示，與久坐不動的小鼠相比，運(yùn)動訓(xùn)練的肝臟中Sdc4的表達(dá)顯著增加。
05.NAFLD小鼠肝細(xì)胞的SDC4特異性過表達(dá)
通過6周的高脂肪飲食使小鼠患NAFLD，然后給小鼠靜脈注射含有肝細(xì)胞特異性啟動子(TBG)和SDC4(SDC4-AAV)載體或含有亂序DNA(Control-AAV)的相同載體。分析結(jié)果顯示，與對照組相比，SDC4-AAV注射組的SDC4在肝臟中的表達(dá)增加了2倍，而在其他組織中的表達(dá)沒有變化，肝切片中的SDC4分泌增加了80%，同時(shí)SDC類其他的因子的表達(dá)沒有變化。
06.SDC4的肝臟過表達(dá)不會改變能量穩(wěn)態(tài)
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)組SDC4-AAV和對照組之間在體重、個(gè)體組織重量、肥胖、食物攝入、每日能量消耗和底物分配上沒有差異，并且肝臟中SDC4表達(dá)的增加并不會改變葡萄糖耐量、血漿中的胰島素含量或胰島素的全身作用。游離脂肪酸、總膽固醇和甘油三酯等血漿脂質(zhì)在各組之間也沒有差異。
07.SDC4減少肝臟脂肪酸的攝取以及肝臟炎癥和纖維化的標(biāo)志物
與對照組肝臟相比，SDC4-AAV組中的大脂肪變性減少，總脂滴面積總體減少，較小脂滴的占比增加，而面積大于50mm2的較大脂滴減少了40%，較大脂滴的平均面積也有所減少，而肝臟總甘油三酯水平?jīng)]有任何差異。脂滴大小和數(shù)量的重塑表明SDC4在調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)代謝中可能發(fā)揮作用。
雖然脂肪的生成情況在兩組間沒有差異，但SDC4-AAV組的脂肪酸攝取量顯著降低，脂肪酸氧化也有所減少。而對基因表達(dá)情況的分析顯示，Sdc4-AAV組中參與SDC4分泌的Caveolin-1的表達(dá)隨著SDC4過表達(dá)而增加，促炎基因的表達(dá)則降低。
以上分析說明，增加肝臟中的SDC4可能會降低肝臟中脂肪酸的攝取率，并可能最終抑制NAFLD誘導(dǎo)的肝臟炎癥和纖維化。
08.細(xì)胞外SDC4調(diào)節(jié)肝細(xì)胞脂肪酸的代謝和脂滴形態(tài)的變化
使用rSDC4培養(yǎng)比目魚肌和離體肝細(xì)胞，并評估胰島素作用和脂肪酸代謝。其結(jié)果顯示rSDC4不影響完整比目魚肌中胰島素刺激的葡萄糖攝取，但會減少肝細(xì)胞中的脂肪酸攝取和脂質(zhì)儲存，同時(shí)脂肪酸氧化情況沒有顯著變化。脂質(zhì)代謝方面，rSDC4處理顯著重塑了脂滴大小，雖然不同條件下的脂滴數(shù)量沒有差異，但rSDC4給藥使細(xì)胞平均脂滴面積減少了20%，細(xì)胞內(nèi)脂滴占據(jù)的總面積減少了25%，同時(shí)較大脂滴的數(shù)量減少。
以上數(shù)據(jù)說明細(xì)胞外的SDC4分泌會影響脂肪酸代謝并減小肝細(xì)胞中的脂滴大小。
研究小結(jié)
本研究通過蛋白組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組等多組學(xué)的聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動訓(xùn)練使肝細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)組和分泌蛋白組發(fā)生顯著變化，證明了來自受運(yùn)動訓(xùn)練小鼠的肝因子對葡萄糖調(diào)節(jié)組織中的脂肪酸代謝及細(xì)胞的胰島素的敏感度起改善作用，同時(shí)進(jìn)一步確定了syndecan-4(SDC4)是一種能夠調(diào)節(jié)肝臟脂肪代謝的運(yùn)動反應(yīng)性肝因子。
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