运动保护慢性肝损伤的分子机制：PHD2/HIF-1α信号途径对肝脏能量代谢的调控

The liver plays a central role in metabolic homeostasis and is a major site for synthesis, metabolism, storage and redistribution of carbohydrates, proteins and lipids. Exercise intervention regulates metabolism homeostasis in chronic liver diseases. Exercise induces splanchnic hypoperfusion, leading to hepatic hypoxia. Therefore, we hypothesize that hypoxia-inducible factor-1α (HIF-1α) plays an important role in the regulation of hepatic energy metabolism during exercise. To test this hypothesis, the noninvasive in vivo bioluminescence imaging is used to examine the HIF-1α expression in ROSA26 ODD-Luc/+ mice during moderate exercise. In order to investigate the function of HIF-1α in hepatic energy metabolism during exercise, conditional and hepatic cell-specific knock-out mice for HIF-1α and prolyl hydroxylase (PHD) 2 will been developed using the Cre-LoxP recombination system. Transcript factor HIF-1 signaling is not a linear pathway, but a complex web with perhaps hundreds of input stimuli and thousands of potential output responses, with each representing a different target gene. Therefore, we will apply the RNA-Seq to explore the possible mechanism of transcriptional regulatory effect of HIF-1 in the chronic liver disease and exercise mouse model. Metabolomic profiling will be used to examine the energy metabolism in the liver. For the first time, this study explores the mechanisms of PHD2/HIF-1α pathway regulating hepatic energy metabolism in response to exercise, providing experimental evidences for further study of hepatic energy metabolism during exercise, and providing new insights into exercise intervention for metabolic diseases.

肝脏是机体物质代谢的中枢。流行病学调查显示，近年来以不良生活习惯为主要诱因的慢性肝病发病率大幅增加，运动干预对慢性肝病的防治起到积极作用。运动过程中机体血液重分配，肝脏等内脏器官血液灌流量减少，组织中含氧量下降。转录因子低氧诱导因子1（HIF-1）的α亚基常氧时经脯氨酰羟化酶2（PHD2）降解。低氧环境中，PHD2的活性被抑制，HIF-1进入胞核启动靶基因转录。因此，我们推测运动通过PHD2/HIF-1α信号途径调节肝脏能量代谢，保护慢性肝损伤。本项目拟采用成熟的小鼠运动建模和慢性肝损伤疾病模型，通过HIF-1α示踪小鼠和肝组织特异性敲除PHD2/HIF-1α的小鼠，使用高精度能量代谢舱、代谢组学和转录组测序等技术，从整体-器官-组织-细胞-分子多层面，探索PHD2/HIF-1α信号途径对肝脏能量代谢的影响，为深入了解运动调控肝脏能量代谢稳态提供实验依据，并为慢性肝病的运动干预提供新思路。

能量代谢的稳态调控是维持机体基本生命活动的基础。肝脏是机体物质代谢的中枢。近年来，以不良生活习惯为主要诱因的慢性肝病发病率大幅增加，运动干预对慢性肝病的防治起到积极作用。运动中机体血液重分配，肝脏等内脏器官血液灌流量减少，导致组织间氧分压降低。低氧诱导因子（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）是维持氧平衡最主要的调节因子。肝脏中HIF-1的α亚基的主要通过脯氨酰羟化酶（proly hydroxlase 2，PHD2）介导降解。低氧状态下PHD2活性被抑制，HIF-1的α与β亚基结合进入胞核，启动一系列基因的转录调控。因此，我们推测运动通过PHD2/HIF-1α信号途径调节肝脏能量代谢保护慢性肝损伤。本项目以HIFα报告基因ROSA26 ODD-Luc/+小鼠为研究对象，采用游泳运动模型，通过生物发光活体成像在体观察HIFα表达情况，腹腔注射PHD小分子抑制剂DMOG或HIF-1α小分子抑制剂PX-478确定运动后肝脏HIF-1α增加，运用Cre-LoxP系统构建肝细胞特异性Hif1a基因敲除小鼠Hif1aLKO与肝细胞特异性Phd2基因敲除小鼠Phd2LKO，使用高精度小动物代谢舱监控整体能量代谢，通过PCR-Array检测肝能量代谢相关基因表达，观察PHD2/HIF-1α信号途径在运动后肝脏能量代谢稳态重塑中的作用。最后，建立高脂饮食诱导脂肪肝、0.1%DDC诱导胆汁淤积性肝损伤和胆碱缺乏饲料饲养诱导肝细胞损伤3种模型，探索运动干预和PHD2/HIF-1α信号途径对代谢性肝损伤的调控机制。主要发现：（1）运动上调肝脏区域HIF-1α表达，（2）运动中PHD2/HIF-1α信号途径对能量代谢起重要调控作用，以及（3）PHD2/HIF-1α信号途径可能参与慢性代谢性损伤的进程。本项目从整体-器官-组织-细胞-分子多层面，探索PHD2/HIF-1α信号途径对肝脏能量代谢的影响，为深入了解运动调控肝脏能量代谢稳态提供实验依据，并为慢性肝病的运动干预提供新思路。..本项目按照研究计划执行，目前已基本完成，取得成果主要包括：培养博士研究生1人、硕士研究生2人，在影响因子5分以上的SCI期刊发表论文2篇，进行国际会议分组报告4次和获奖励2项。今后我们将进一步探索运动应激下PHD2/HIF-1α信号途径对肝脏生理功能的调控机制。