近日，清華大學藥學院陳立功課題組及其合作者以“Hepatic mitochondrial NAD+ transporter SLC25A47 activates AMPKα mediating lipid metabolism and tumorigenesis”為題在《肝臟學》（Hepatology）雜志在線發(fā)表研究論文，該研究報道了肝臟特異性線粒體載體蛋白SLC25A47通過激活AMPKα介導脂質代謝穩(wěn)態(tài)，其表達缺陷參與了非酒精性脂肪肝和肝細胞癌等疾病的發(fā)生與發(fā)展。

研究背景

非酒精性脂肪肝病（NAFLD）是目前被公認的在全世界范圍內最普遍的慢性肝病，給世界公共衛(wèi)生事業(yè)帶來了沉重的負擔。SLC轉運蛋白廣泛表達在人體的各種組織中，其成員眾多，廣泛分布在細胞膜和各類細胞器膜上，在各個組織中充當著“代謝門控”的角色，全基因組關聯分析發(fā)現SLC轉運蛋白在人類疾病中起著至關重要的作用，其表達具有組織特異性，有望成為治療代謝性等疾病的新靶點。

研究結果

二甲雙胍可以通過增加細胞能量傳感器AMPKα的活性改善臨床前動物模型的NAFLD。本研究發(fā)現二甲雙胍影響多種SLC轉運蛋白的表達，其中以Slc25a47的變化最為顯著（圖1A, B）。SLC25A47特異性高度表達在肝臟組織中，但它的轉運底物及其在生理代謝調控方面發(fā)揮的作用尚待進一步研究。

本研究利用CRISPR/Cas9技術構建了Slc25a47基因敲除（KO）小鼠，發(fā)現在蛋氨酸-膽堿缺乏飼料或高脂飼料喂養(yǎng)條件下，Slc25a47基因敲除小鼠表現出更加明顯的肝臟脂肪積累。隨后，我們構建了ob/ob (Slc25a47-KO)小鼠，發(fā)現相比于對照組ob/ob (WT)小鼠，ob/ob (Slc25a47-KO)小鼠肝臟中脂肪積累增加（圖1C），血清和肝臟組織中甘油三酯和膽固醇含量增高（圖1D）。RNA Seq測序結果顯示，相較于ob/ob (WT)小鼠，ob/ob (Slc25a47-KO)小鼠肝臟中多種與脂肪酸和膽固醇合成相關基因的表達增加（圖1E）。通過對其機制研究，發(fā)現Slc25a47敲除通過抑制AMPKα磷酸化來促進固醇調節(jié)元件結合蛋白SREBPs活化，進而調節(jié)諸多生脂基因的表達，促進脂肪生成，使ob/ob (Slc25a47-KO)小鼠肝臟中出現更加明顯的脂肪積累（圖1F）。進一步地，我們利用13C-代謝流分析發(fā)現，Slc25a47敲除小鼠肝原代細胞主要利用氨基酸為脂質合成提供能量（圖1G）。另外，在小鼠肝臟中過表達Slc25a47則能夠通過促進AMPKα磷酸化來抑制SREBPs活化，減緩高脂飲食小鼠肝臟中的脂肪積累（圖1H）。

圖1  SLC25A47通過激活AMPKα介導脂質代謝穩(wěn)態(tài)

自從上世紀90年代脂肪酸合酶FASN被定義為侵襲性乳腺癌的腫瘤抗原后，越來越多的研究表明脂肪酸的生物合成對于癌細胞的生長和存活是非常重要的。因此，本研究推測SLC25A47參與肝細胞癌（HCC）亦可能與脂代謝相關。有研究顯示，利用化學致癌物DEN可以誘導小鼠HCC發(fā)生，且其發(fā)病過程與人體HCC類似。本研究通過構建DEN誘導的HCC小鼠模型發(fā)現，Slc25a47敲除促進了小鼠肝臟脂肪積累，進而促進了HCC的發(fā)病進程（圖1I, J）。

圖2  SLC25A47同源性模型及底物驗證

此外，根據本研究中的代謝組學測試結果，以及基于AlphaFold2預測并優(yōu)化的人類SLC25A47的同源性模型對人類代謝組數據庫進行的虛擬篩選，獲得了一系列底物候選物，包括NAD+、腺苷、FAD、牛磺酸以及多種酰基肉堿、輔酶A、氨基酸等，并通過實驗鑒定NAD+為SLC25A47的轉運底物之一，SLC25A47通過調節(jié)NAD+水平調控SIRT3蛋白活性，以介導AMPKα的激活（圖2）。這些發(fā)現表明SLC25A47是一種肝臟線粒體NAD+轉運蛋白，通過SIRT3-AMPKα-SREBPs途徑調節(jié)脂質代謝（圖3）。總之，該研究為非酒精性脂肪肝和肝細胞癌的臨床治療提供了潛在的藥物靶點，為開發(fā)針對SLC25A47轉運蛋白的藥物或基因治療法提供了更多的研究證據。

圖3  SLC25A47維持肝臟脂質代謝穩(wěn)態(tài)示意圖

清華大學藥學院陳立功研究員和新加坡科技局A*Star范昊研究員為本文共同通訊作者，清華大學藥學院博士后程麗麗為本文第一作者，新加坡科技局A*Star的R.N.V. Krishna Deepak博士和清華大學藥學院王國強博士、孟子裔、陶蕾等為本文合作作者。感謝國家自然科學基金委、國家科技部重點研發(fā)計劃、清華-佛山創(chuàng)新專項基金、清華大學精準醫(yī)學基金提供的經費支持。