线粒体自噬是一种进化上保守的细胞过程，以清除功能失调或多余的线粒体，从而微调线粒体数和保持能量代谢。一直以来，「线粒体自噬」是国自然热点话题之一。

近日，来自美国的科学家们在Nature出版集团旗下刊物《Scientific Reports》发表了题为“Reduced mitophagy is an early feature of NAFLD and liver-specific PARKIN knockout hastens the onset of steatosis, inflammation and fibrosis”的研究论文，确定了线粒体自噬功能下降是非酒精性脂肪性肝病发病机制的早期特征，而PARKIN基因的缺失加速了疾病关键特征的发作。

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一、研究背景

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是一种全球流行性慢性疾病，是由肝细胞中肝脏脂肪过度堆积导致，因此也称为肝脏脂肪变性。临床范围包括，包括肝脂肪变性（NAFL，超过5%的肝细胞中脂肪堆积）、非酒精性脂肪性肝炎（NASH，其特征是存在肝细胞损伤、纤维化炎症等）、肝硬化和肝细胞癌。NAFLD与代谢综合征的特征密切相关，包括肥胖、胰岛素抵抗、高血糖、2型糖尿病和血脂异常。

线粒体功能的变化与NAFLD的发病机制有关，可能构成NAFL发展为NASH所需的条件。线粒体自噬是一种线粒体质量控制机制，允许通过自噬途径从细胞中选择性去除受损的线粒体。目前有研究表明，有缺陷的肝脏线粒体自噬会加剧肥胖相关的肝脏代谢疾病，参与NAFLD的发病机制。然而，在NAFLD的发病机制中，线粒体自噬何时发生变化，以及这些变化是否与该疾病的主要终点相关，目前尚不清楚。

二、研究方法

1、线粒体自噬功能下降是NAFLD发病机制的早期特征

据文献报道，线粒体功能障碍与NAFLD的发病机制相关，高脂肪饮食喂养18周后，小鼠的肝脏线粒体自噬率降低。为了确定在NAFLD发病机制期间线粒体自噬发生率降低的时间，研究人员在1、6、11和16周饲喂小鼠RC（含有59.5% 碳水化合物、14.4% 脂肪、26.1% 蛋白质）或WD（含有 44.4% 碳水化合物，40.1% 脂肪，15.5% 蛋白质）饲料。通过对体重、饮食时间和肝脏甘油三酯水平、血浆胆固醇水平、肝酶水平的多重比较以及组织学脂肪变性、炎症情况分析还有对全身胰岛素抵抗的定性评估，表明线粒体自噬率降低是NAFLD发病机制中一种与性别无关的早期特征，其发生与代谢有关，但与疾病的炎症或纤维化特征无关。

2.肝脏特异性Prkn缺失加速了NAFLD多种特征的发作

先前研究证明，12周高脂肪饮食会导致PARKIN（Prkn编码的E3泛素连接酶，是一种关键的线粒体自噬信号蛋白） LKO（肝脏特异性Prkn基因敲除模型）小鼠肥胖，从而更易诱发脂肪变性和肝胰岛素抵抗。据报道，这种脂肪会产生NAFLD的代谢特征，但不会产生炎症或纤维化特征。

研究人员为了确定饲喂小鼠WD导致的线粒体自噬功能下降是否与NAFLD进展相关联，给同窝WT和PARKIN LKO小鼠喂养WD六周。选择了六周的WD喂养作为NAFLD发展的早期时间点，检测其体重、脂肪量（甘油三酯）、肝损伤标志物（AST、ALT）、纤维化标志物（Col1a1和Col3a1）、脂肪变性、胰岛素抵抗和免疫细胞活化的几种标志物（Ccl2、Cd68、Il-1β和Il-6）水平，以及组织学分析肝切片的脂肪变性模式，并进行NAFLD活动评分。接着，结合肝脏组织学、NAS和炎症和纤维化标志物的mRNA水平的检测结果，发现WD喂养的雄性LKO小鼠体内PARKIN介导的线粒体自噬功能下降会加速NAFLD炎症和纤维化特征的发作。

3.肝脏特异性Prkn缺失不会影响NAFLD的长期严重程度

接下来，研究人员评估了肝脏特异性Prkn缺失，对WD喂养小鼠20周后NAFLD发生发展的影响。当WT小鼠中存在包括脂肪变性、炎症和纤维化在内的全谱肝病时，选择二十周作为NAFLD发病机制的较晚时间点。进行WT和LKO雄性小鼠的体重、脂肪量、甘油三酯、胆固醇、AST和ALT水平测定，以及组织学分析肝切片的脂肪变性模式以及炎症细胞浸润情况、NAFLD活动评分、炎症和纤维化标志物水平。结果表明，随着NAFLD表型的严重程度趋于稳定，WT和LKO小鼠在炎症和纤维化方面的表型趋于一致，但对雄性小鼠的脂肪变性加剧有持续影响。

4.短期饮食压力后肝脏特异性Prkn基因敲除小鼠的肝脏胰岛素敏感性受损

研究人员证明，在PARKIN LKO小鼠中肝线粒体呼吸能力受损，并在高脂肪饮食喂养12周后全身胰岛素敏感性降低。综上所述，短期和长期WD饲养表明，肝细胞中PARKIN的缺失加速了NAFLD的发作；但随着时间的推移，WT和LKO小鼠在表型上发展成为NAFLD严重程度稳定期。

为了确定WD引起的胰岛素抵抗是否遵循类似的模式，研究人员通过葡萄糖钳夹技术，在高胰岛素-正常血糖钳夹之前，饲喂三周WD给肝脏施加压力。WD喂养三周后，各组之间的体重或脂肪量没有差异。钳夹前6小时晨禁食后，血浆胰岛素和葡萄糖水平相似，在钳夹过程中全身葡萄糖摄取没有差异，但LKO小鼠的胰岛素刺激内源性（肝脏）葡萄糖产生（EGP）率高四倍。

三、研究结果

WD喂养以性别无关的方式降低了NAFLD早期进展中肝脏线粒体自噬的相对速率，并与脂肪变性的发生有关，但与炎症或纤维化无关。此外，肝脏特异性PARKIN缺失以性别依赖的方式加速了NAFLD主要特征的出现，其中雄性小鼠受到影响。以上结果加深了对线粒体自噬在营养应激期间肝病进展中作用的理解。

四、总结

为确定NAFLD的发病机制中何时发生线粒体自噬的改变，研究人员通过条件性敲除关键线粒体自噬调节因子PARKIN来确定线粒体自噬的遗传抑制对脂肪变性、胰岛素抵抗、炎症和纤维化发展的影响。结果发现，线粒体自噬的丧失发生在NAFLD发病机制的早期，而PARKIN的缺失加速了NAFLD疾病关键特征的发作。因此，对营养应激反应的线粒体质量控制丧失可能导致线粒体功能障碍和NAFLD的发生发展。

参考来源：
Undamatla R, Fagunloye OG, Chen J, et al. Reduced mitophagy is an early feature of NAFLD and liver-specific PARKIN knockout hastens the onset of steatosis, inflammation and fibrosis. Sci Rep. 2023 May 10;13(1):7575.