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——背景—— 据统计，世界上约有25%的成年人受到代谢失调相关的脂肪性肝病（MAFLD）困扰，其中有超过20%会发展为脂肪性肝炎（MASH）。若缺乏合理的干预，MASH可能会继续发展为肝硬化乃至肝癌。目前临床上尚缺乏有效的针对MAFLD和MASH的药物干预手段，FDA批准的唯一一个用于MAFLD临床治疗的化合物为甲状腺受体激动剂Rezdiffra。因此，对于MAFLD的基础医学研究对于探索其潜在的治疗靶点有重要的临床意义。 磷酸甘油酸脱氢酶（PHGDH）以其介导的丝氨酸、甘氨酸合成和对细胞一碳单位代谢的调节作用在肿瘤生物学中的功能而为人熟知。近年来，也有人关注PHGDH及丝氨酸合成在免疫系统中的作用，例如促进巨噬细胞中IL-1β、IFN-β的表达，效应T细胞的增殖、Treg细胞的功能调控等。而在MAFLD的发展中，研究发现肝巨噬细胞可以通过Toll样受体（TLR）信号通路感知脂肪酸的存在，并分泌促炎的细胞因子。而这些细胞因子通过募集中性粒细胞，改变肝细胞代谢等途径进一步活化肝巨噬细胞。炎症反应的加剧则会导致MAFLD的进一步发展。 近日，来自天津医科大学和四川省人民医院的研究团队在Cell Reports上报道了PHGDH和MAFLD中的固有免疫反应之间的关联。研究发现，脂肪酸刺激后PHGDH在肝巨噬细胞中表达明显增加，并可以抑制TAK1/MAPK信号通路以减缓MASH的发展。而敲除髓系细胞中的PHGDH会加剧MAFLD小鼠的症状。这一研究描绘了肝巨噬细胞中PHGDH介导的对MAFLD的抵抗作用，从而为针对MAFLD的基础研究和临床干预提供了新的视角。 ——主要结果—— PHGDH抑制了脂肪酸引发的肝损伤 作者首先评估了脂肪酸刺激是否会影响巨噬细胞中PHGDH的表达以及相应表达对巨噬细胞的影响。棕榈酸刺激以后，巨噬细胞中PHGDH的mRNA和蛋白表达水平均显著升高。而用siRNA敲低巨噬细胞中的PHGDH会导致IL-6，IL-1β等促炎因子的表达水平上升。作者进一步在骨髓特异性PHGDH敲除的小鼠模型中验证了这一结论。此外，作者还发现在RAW细胞中过表达PHGDH能够剂量依赖地减少棕榈酸刺激后的促炎因子表达。
图1 脂肪酸刺激后PHGDH在巨噬细胞中表达上升 肝脏固有免疫介导的炎症反应的加剧是MAFLD进展的诱因之一，而PHGDH有潜力减弱巨噬细胞介导的炎症反应。有鉴于此，作者对髓系特异性PHGDH敲除的小鼠饲喂高脂肪/高胆固醇饮食以诱导MAFLD，并表征了其肝脏组织的相应情况。相比野生型小鼠，PHGDH缺失的小鼠肝脏纤维化程度更加严重、血液中转氨酶水平也更高。此外，将原代肝细胞与敲除PHGDH的巨噬细胞共同培养的结果表明，巨噬细胞中PHGDH敲除会导致肝细胞中脂质积累、甘油三酯浓度升高。这些结果表明PHGDH缺乏会通过增强巨噬细胞的炎症反应加剧MAFLD的进展。 四聚体PHGDH通过抑制TAK1/TAB1-NFκB/MAPK信号通路影响炎症反应 作者进一步探究了这一表型背后的分子机制。针对TLR信号通路相关蛋白的western blot分析表明，敲除PHGDH后，TAK1、NFκB、JNK/p38等信号通路激活增加，且NFκB下游基因表达量提高。由于TAK1激酶是NFκB和JNK/p38两条信号通路上游的共同调控蛋白，因此作者首先考察了PHGDH是否可能以某种方式影响TAK1的功能。免疫共沉淀证实了PHGDH和TAK1在细胞内的相互作用。此外，棕榈酸或TLR激动剂处理细胞后，PHGDH和TAK1的相互作用均明显减弱，证明了炎症反应中PHGDH参与调节TAK1的活性。 由于PHGDH和TAK1都是多结构域蛋白，作者进一步研究了这一相互作用是由何种结构域所介导的。通过对不同截断体相互作用的评估，作者发现PHGDH的286-533截断体和TAK1的1-300截断体能够发生相互作用，而缺失相应序列的截断体则无相互作用。PHGDH的286-533号残基包括了一部分的底物结合结构域，和全部的两个调控结构域。近年来的一些工作表明这段序列参与人PHGDH四聚体的形成。作者发现能够破坏PHGDH四聚体的别构抑制剂CBR5884能影响TAK1与PHGDH的相互作用。用CBR5884处理巨噬细胞能增强TAK1激活和促炎细胞因子的表达。此外，PHGDH的V425M突变既能够降低PHGDH四聚体的稳定性，也能减弱PHGDH与TAK1的相互作用。这一结果表明PHGDH以四聚体形式发挥这一功能。此外，通过在细胞内过表达TAK1的模拟磷酸化突变体或磷酸化缺失突变体能相应地增强或减弱CBR5884引发促炎细胞因子的表达，证明CBR5884对细胞的影响是基于PHGDH/TAK1信号通路的。
图2 PHGDH以四聚体的形式与TAK1相互作用 下面，作者进一步研究了PHGDH/TAK1相互作用如何抑制TAK1的功能。免疫共沉淀实验表明，PHGDH与TAK1的相互作用对TAK1的泛素化没有影响，但是会影响TAK1与TAB1的相互作用和TAK1的磷酸化。TAB1是一种接头蛋白，能够与TAK1的激酶结构域相互作用并促进TAK1的自磷酸化和激活。此外，在细胞内过表达全长PHGDH或286-533截断体能够减弱刺激后TAK1下游通路的激活，而1-285截断体或V425M突变体则对TAK1下游信号无明显影响。这两部分实验证明了PHGDH与TAK1的相互作用是如何影响TAK1下游的信号通路的，并且表明了PHGDH四聚体的形成对这一非酶活功能的意义。
图3 PHGDH抑制TAK1与TAB1的相互作用 调控PHGDH/TAK1活性缓解了高脂饮食诱导的脂肪肝症状 最后，作者探索了这一分子机制是否具有潜在的应用价值。作者对正常小鼠或髓系敲除PHGDH的小鼠腹腔给药TAK1的抑制剂5z-7-氧杂烯醇（5z-7-ox），并喂食高胆固醇高脂肪的食物以诱导MAFLD。作者发现，5z-7-ox对TAK1下游NFκB信号通路激活具有明显的抑制作用，并且改善了PHGDH缺乏引起的脂质积累、肝脏炎症和肝脏纤维化。此外，利用靶向肝脏巨噬细胞重组AAV载体在小鼠体内过表达PHGDH亦能够降低高胆固醇高脂肪食物饲养引起的小鼠肝脏损伤，并且对小鼠的健康无明显的副作用。这两方面的证据说明了干预PHGDH/TAK1这一对相互作用具有一定的用于MAFLD临床干预的潜力。
图4 TAK1抑制剂改善了由PHGDH缺乏和高脂饮食诱导的MAFLD症状 ——总结—— 近年来，越来越多的文章报道代谢酶以多种方式调控其他蛋白的活性，发挥非酶活的功能。PHGDH以其多种与肿瘤生长、肿瘤对抗饥饿等有关的非酶活功能为人所熟知。近年来也有人报道PHGDH可以通过调控表观遗传修饰影响细胞的衰老等。本文鉴定到了PHGDH在肝脏巨噬细胞中的一种新的非酶活功能，通过影响TAK1激酶的激活调控巨噬细胞介导的固有免疫反应。这一现象加深了对于PHGDH在免疫系统中功能的全面意识。此外，作者证明PHGDH/TAK1的相互作用与脂肪性肝病MAFLD的进展相关，而抑制TAK1或者过表达PHGDH都能够减弱MAFLD的进一步发展，为MAFLD的临床干预提供了更多思路。 参考文献 [1]Hu, P. Shan, X. Dong, H. and et al. Macrophage-specific PHGDH protects against MAFLD by suppressing TAK1. Cell Rep. 2025, 44(3): 115426.  |
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