近日，清華大學藥學院王釗課題組在《食品科學與人類健康》（Food Science and Human Wellness）在線發(fā)表了題為《高淀粉飲食通過增加NOX2介導的脂肪酸轉運入肝加劇NAFLD》（A high-starch carbohydrate diet exacerbates NAFLD by increasing NOX2-mediated fatty acid influx）的研究論文，該研究首次系統(tǒng)論證了高淀粉飲食對非酒精性脂肪肝（nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD）的影響，并探究發(fā)現了高淀粉飲食通過介導NOX2高表達，以增加脂肪酸轉運的獨特代謝方式介導了NAFLD的惡化。
一、研究背景
非酒精性脂肪肝（nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD）是以肝內脂質大量堆積為特點的肝臟脂代謝異常類疾病，當前全球患病率超過25%，在中國的部分地區(qū)更是高達30%。極大威脅人們的生命健康，對社會經濟造成嚴重負擔
以往研究中，飲食中脂質以及簡單糖的大量攝入被認為是導致NAFLD發(fā)生發(fā)展的“元兇”，這使得很多脂肪肝患者通過增加對米、面等淀粉類碳水化合物的攝入來替代、減少脂質以及游離糖攝入，從而期待達到緩解、治療NAFLD的效果。然而，這種高淀粉的飲食模式對NAFLD有何影響，其調控機制與游離糖有何區(qū)別，目前尚未有明確報道。本研究聚焦于高淀粉飲食模式，系統(tǒng)性的闡明了高淀粉飲食對NAFLD的影響及調控機制，為進一步理解淀粉這一重要營養(yǎng)物質的代謝特點、探尋靶向高淀粉飲食所介導的NAFLD的治療方法提供了新的思路。
二、研究成果
1、高淀粉飲食介導NAFLD的發(fā)生和發(fā)展
在本研究中，通過自主設計無脂質、無游離糖的高淀粉飲食（high-starch carbohydrate diet, HCD），以每天定時、等熱量的方式連續(xù)干預NAFLD小鼠16周，發(fā)現高淀粉飲食非但不會緩解、反而會進一步增加肝內脂質含量并提升肝內炎癥，且其惡化程度更甚于一直維持高脂飲食的小鼠（圖一）。同時，在健康小鼠中，長時間的高淀粉飲食同樣會介導NAFLD的發(fā)生，并且是以先誘發(fā)炎癥，后表現出脂質堆積的順序進行。此外，利用阿卡波糖限制小鼠腸道中淀粉的吸收可以顯著改善HCD介導的NAFLD惡化，反向證明了高淀粉飲食對于NAFLD的負向調控作用。以上發(fā)現在細胞水平也得到了一致的驗證結果。從而本研究從多角度、系統(tǒng)性的闡明了高淀粉飲食誘導NAFLD發(fā)生、并介導NAFLD的進一步惡化。
圖一 高淀粉飲食加重NAFLD小鼠肝內脂質堆積并提升肝內炎癥水平
2、脂肪酸內流增加是高淀粉飲食介導NAFLD惡化的獨特代謝途徑
NAFLD的最主要特征是肝臟內甘油三酯的大量堆積。肝內的甘油三酯含量由5條代謝途徑共同決定，其中包括 3條“經典”脂質代謝途徑：“糖酵解-脂質從頭合成”途徑、“ChREBP-脂質從頭合成”途徑、“脂肪酸β氧化”途徑；2條“非經典”脂質轉運途徑：脂肪酸轉運入肝途徑、VLDL-TG復合體轉運途徑。通過對以上5條代謝途徑中關鍵酶進行測定，我們發(fā)現高淀粉飲食僅在脂肪酸轉運途徑中表現相較于高脂飲食組小鼠的表達量提升。同時，結合肝臟代謝組學分析數據，進一步證實了以上發(fā)現（圖二）。從而表明在高淀粉飲食干預下，脂肪酸內流的增加是導致肝內甘油三酯進一步沉積的主要原因。
圖二 高淀粉飲食通過增加脂肪酸轉運入肝介導NAFLD惡化
3、高淀粉飲食提升肝內NOX2表達、促進NOX2組裝及功能發(fā)揮
為明確高淀粉飲食加重NAFLD的分子調控機制，我們對飼喂高脂飲食以及高淀粉飲食的小鼠進行了肝臟轉錄組學的測定，通過聯(lián)合運用KEGG、GO、GSEA分析，并依據前期實驗表型，聚焦與炎癥、代謝相關，且基因表達差異以及基因變化數量顯著的通路，發(fā)現在吞噬體通路中，高淀粉飲食組小鼠表現出相較于高脂飲食組小鼠的顯著激活，并且，吞噬體通路中NADPH氧化酶各個亞基含量顯著提升。隨后，我們在細胞以及動物水平均證明了NADPH氧化酶亞型NOX2以及NOX2亞基在高淀粉飲食條件下，表達量顯著升高，并表現出NOX2激活的關鍵特征，即胞內亞基向胞膜轉移的現象（圖三）。同時，肝內的NOX2高表達同步表現為肝內活性氧水平的顯著提升。從而證明高淀粉飲食介導肝內NOX2高表達、促進NOX2組裝及功能發(fā)揮。
圖三 高淀粉飲食提升肝內NOX2表達并促進NOX2組裝
4、NOX2是高淀粉飲食介導NAFLD的特異性調控因子
為進一步證明高表達的NOX2是高淀粉飲食介導NAFLD惡化的主要原因，我們在NAFLD小鼠中通過腺相關病毒構建了肝臟特異性敲低p47phox（介導NOX2組裝的關鍵亞基）的小鼠，并同步將小鼠飲食更換為與高脂飲食等熱量的高淀粉飲食。研究發(fā)現，敲低p47phox可以抵抗高淀粉飲食所致的肝內脂質堆積、炎癥因子浸潤以及纖維化加重，但是在繼續(xù)維持高脂飲食的小鼠中，敲低p47phox并不會表現出相應的緩解作用。同時，在高淀粉飲食條件下，敲低p47phox的小鼠表現出肝臟脂肪酸轉運的抑制和肝內活性氧水平的降低（圖四）。此外，通過分析細胞活性氧來源以及能量感知分子AMPK的活性表達，進一步提出NOX2介導的活性氧是NOX2調控脂肪酸轉運的關鍵分子，并且論證得到AMPKα1/p47phox是高淀粉飲食介導NOX2高表達的依賴途徑。
圖四 NOX2是高淀粉飲食介導NAFLD惡化的特異性調控因子
三、總結
綜上所述，本研究首次在小鼠水平系統(tǒng)性地探究并得到，長期高淀粉飲食會介導NAFLD發(fā)生，并進一步促進NAFLD的惡化。機制上，闡明NOX2作為該過程的特異性調控因子，通過增加脂肪酸轉運介導NAFLD的進一步惡化，揭示淀粉類碳水化合物不同于游離糖的獨特代謝特點。本研究系統(tǒng)性的闡釋了淀粉這一重要營養(yǎng)物質對機體生理病理的影響及其代謝機制，為精準營養(yǎng)措施改善NAFLD提供了新的思路，同時為NAFLD患者提供了科學的膳食營養(yǎng)指導和參考。
清華大學藥學院王釗教授為本文通訊作者，藥學院王釗課題組2017級博士生高鈺琪為該論文第一作者，課題組成員花瑞、彭柯崢、尹月淼、曾晨葉、郭彥南、王譯達、李麗媛、清華大學醫(yī)學院李雪高級工程師，清華大學醫(yī)學院裘瑩副教授為本研究提出了寶貴意見及指導。本項目受國家自然科學基金（82170873; 81871095），國家科技部重點研發(fā)計劃（2018YFC2000304），清華大學春風基金（20211080005）的支持與資助。
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213453022002452
