非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是一種與胰島素抵抗、肥胖、糖尿病及血脂異常等代謝綜合征相關的肝臟疾病，目前尚無有效治療手段。不對稱二甲基精氨酸(ADMA)及其代謝酶二甲基精氨酸二甲氨基水解酶1 (DDAH1)被認為通過調節(jié)一氧化氮合酶活性參與NAFLD的發(fā)病機制。最近的研究表明Ddah1缺失可加重HFD誘導的肝脂肪變性和胰島素抵抗。然而，DDAH1在肝細胞中的具體功能機制仍然未知。
2023年5月，中國科學院大學陸忠兵教授研究團隊在ACTA PHARM SIN B（IF14.903）上發(fā)表題為“Hepatic DDAH1 mitigates hepatic steatosis and insulin resistance in obese mice:Involvement of reduced S100A11 expression”的研究論文。文章指出，肝細胞DDAH1通過抑制NF-κB和ROS下調S100A11的表達，從而改善肥胖小鼠肝臟脂肪變性，提示靶向DDAH1/S100A11軸可能是治療非酒精性脂肪肝的有效策略。
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基因信息
DDAH1:二甲基精氨酸二甲胺水解酶1
S100a11:S100鈣結合蛋白A11
病毒產品
AAV8-TBG-hDDAH1、AAV8-His；
AAV8-shS100a11、AAV8-GFP；
病毒用量
1.1×1012?vg/mouse
注射方式
尾靜脈注射
檢測時間
注射后4周
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01研究結果
1、DDAH1在NAFLD發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要保護作用
為了闡明肝臟DDAH1在NAFLD發(fā)病機制中的作用，作者使用肝細胞特異性DDAH1敲除小鼠(Ddah1HKO)探究HFD誘導的NAFLD進展。與對照Ddah1f/f小鼠相比，Ddah1HKO小鼠血清ADMA水平更高，且表現(xiàn)出更嚴重的肝臟脂肪變性和胰島素抵抗。相反，DDAH1轉基因小鼠(DDAH1-TG)經HFD飼喂后，血清ADMA、空腹血糖和胰島素水平明顯低于對照WT小鼠；OGTT和ITTs數(shù)據(jù)顯示，DDAH1過表達可減輕HFD誘導的葡萄糖代謝異常和胰島素抵抗。此外，DDAH1過表達導致HFD喂養(yǎng)小鼠肝臟脂肪變性和超氧化物產生減少。
圖1. DDAH1過表達減輕了HFD喂養(yǎng)小鼠的肝功能障礙、肝脂肪變性、胰島素抵抗和氧化應激
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2、肝細胞特異性過表達DDAH1可減輕ob/ob小鼠的胰島素抵抗、肝臟脂肪變性和氧化應激
為進一步證實肝細胞特異性過表達DDAH1可以緩解NAFLD，作者通過尾靜脈注射AAV8-DDAH1治療ob/ob小鼠。數(shù)據(jù)顯示，肝細胞DDAH1過表達降低血清ADMA、AST、ALT、TG、TC、胰島素及血糖水平，同時也降低了ob/ob小鼠肝臟TG、TC、4-HNE和3 '-NT水平。OGTT和ITT結果顯示，DDAH1過表達不影響葡萄糖代謝，但增加了ob/ob小鼠的胰島素敏感性。肝臟切片的組織病理學分析顯示，DDAH1過表達可改善ob/ob小鼠的肝損傷、肝脂肪變性和超氧化物的產生；Western blot分析顯示，注射AAV8-DDAH1可使肝臟DDAH1表達增加約60%，并顯著降低FAS、CD36、PPARγ和CIDEA蛋白表達。
圖2. DDAH1過表達可改善ob/ob小鼠的肝臟脂肪變性和氧化應激
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3、肝細胞DDAH1通過NF-κB、JNK和氧化應激依賴方式調控S100A11
RNA測序分析發(fā)現(xiàn)DDAH1調節(jié)肥胖小鼠肝臟中的NF-κB信號傳導、脂質代謝和免疫系統(tǒng)過程基因表達，進一步研究顯示脂質代謝相關基因S100A11的表達與DDAH1呈負相關，已知S100A11是肝細胞癌炎癥反應的誘導劑，作者猜測S100A11可能受NF-κB調控，這一假設通過熒光素酶報告基因檢測實驗得到證實。據(jù)報道，當DDAH1的His173或Cys274突變?yōu)楸彼釙r，其酶活性會喪失，結果顯示DDAH1的H173A/C274A突變會減弱DDAH1過表達造成的S100A11水平降低。機制上的進一步研究發(fā)現(xiàn)，肝細胞中的DDAH1通過NF-κB、JNK和氧化應激依賴方式調控S100A11。
圖3. DDAH1調節(jié)S100A11在脂肪肝和肝細胞中的表達
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4、敲低S100a11可減輕HFD喂養(yǎng)的Ddah1HKO小鼠的肝臟脂肪變性、胰島素抵抗和氧化應激
為證實S100A11參與了DDAH1對脂質代謝的調節(jié)作用，作者通過尾靜脈注射AAV8-shS100a11，對HFD喂養(yǎng)小鼠肝臟中的S100A11進行了基因干擾。S100a11沉默可增加HFD喂養(yǎng)的Ddah1f/f和Ddah1HKO小鼠肝臟中DDAH1的表達，降低Ddah1HKO小鼠血清中的ALT和AST水平，同時改善了葡萄糖耐量和胰島素敏感性。組織病理學染色顯示，敲低S100a11可改善HFD喂養(yǎng)小鼠肝臟的病理異常、脂肪變性和超氧化物的產生；此外，在HFD喂養(yǎng)Ddah1HKO小鼠的肝臟中，S100a11敲低顯著降低了TG、TC、4-HNE及p-JNK表達水平。
圖4. S100a11敲低可改善HFD喂養(yǎng)小鼠胰島素抵抗和肝脂肪變性
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02小結
本研究為肝臟DDAH1/S100A11在NAFLD發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要保護作用的結論提供了遺傳學證據(jù)，提示上調DDAH1或降低肝細胞中S100A11的表達可能是治療NAFLD的新策略。