Sel1L缺失对肝脏线粒体活性氧及脂质代谢平衡的影响研究

Dysfunction and failure of mitochondria reactive oxygen species (ROS) homeostasis and endoplasmic reticulum (ER) stress have been shown to be responsible for the pathogenesis of nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) and hepatocarcinoma (HCC). Through conditional gene-targeting in mice, we have previously show that Sel1L is indispensable for ER homeostasis and survival, and liver-Sel1L knockout (L-Sel1L-/-) mice developed NAFLD with dysfunction ROS homeostasis and antioxidants system, and developed HCC in one year old. The underlying molecular mechanisms of dysfunction ROS and formation NAFLD, however, are incompletely understood. In this application, base on L-Sel1L-/- mice ER-stress model, by studying the ROS and lipid homeostasis variation of liver tissue and exploring the relationship between ROS levels and the activity of antioxidant system at different developmental stages of liver disease. The novel insight from the proposed research is expected to significantly advance our understanding of the molecular underlying NAFLD and HCC. Consequently, the new knowledge is highly expected to lead to novel and more effective therapeutic strategies for the prevention and treatment of NAFLD and HCC.

内质网应激、线粒体内活性氧（ROS）失衡是导致非酒精性脂肪肝炎和肝癌的主要原因。本项目组前期通过组织特异性敲除Sel1L基因发现，Sel1L在维持内质网稳定和生命存活中必不可少，特别是肝脏特异性敲除Sel1L基因（L-Sel1L-/-）小鼠会自发出现非酒精性脂肪肝及肝癌症状，同时伴随着线粒体ROS水平上升和抗氧化酶系统失衡。然而对于ROS上升的原因及其在脂肪肝形成中的作用尚不清楚。本项目以L-Sel1L-/-小鼠模型为平台，通过检测不同日龄小鼠代谢能、肝脏病理变化、脂代谢及ROS平衡通路相关基因的变化，系统研究L-Sel1L-/-小鼠ROS动态变化规律及其对肝病发生影响；同时通过饲喂ROS清除剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）来验证ROS在L-Sel1L-/-小鼠肝病发生中的作用。以期为阐明非酒精性脂肪肝的形成机制提供依据，并为非酒精性脂肪肝、肝癌的预防和治疗提供新的策略。

内质网应激在阿尔茨海默病、帕金森病、糖尿病、肝病等人类疾病中起着重要作用，研究发现，内质网应激导致线粒体代谢紊乱，从而诱发代谢紊乱是肝病发生的主要原因，然而其具体的分子机理尚不清楚。Sel1L是内质网应激的的关键基因，本研究通过敲除肝脏Sel1L基因，构建内质网应激小鼠模型（LKO），探索其肝病发生机理，结果发现：1、随着日龄增加，LKO小鼠陆续出现肝炎、肝硬化、最后形成肝肿瘤。血浆指标、HE切片的结果进一步证实这种现象，跟WT小鼠相比，LKO小鼠血浆肝损伤指标极显著上升，包括AST、ALT、ALP、LDH、TBIL等，且肝细胞核肿大、大量免疫细胞侵入，且随着日龄的增加病变加重，最后出现细胞空泡化。2、小鼠肝脏ERAD缺失导致代谢改变、基因重编程。代谢笼实验发现，LKO小鼠在2月龄到3月龄之间，代谢能力先增强后降低，且与线粒体ATP生产能力相一致。细胞代谢实验发现在2月龄时，LKO小鼠OCR能力上升，而到3月龄时下降，说明LKO小鼠在2月龄与3月龄之间有代谢强弱的转换；电子显微镜观察其超显微结构发现，LKO小鼠肝脏线粒体的结构和形态发生了变化，且线粒体的拷贝数降低，说明LKO小鼠代谢的改变可能与线粒体结构与功能相关。3、线粒体内Ca2+超载介导的ROS在线粒体中积累，直接触发线粒体功能障碍和肝细胞损伤。在LKO小鼠中，线粒体Ca2+和ROS都显著升高。而通过饮水中添加ROS清除剂NAC，可以降低小鼠肝病症状，降低炎症相关通路蛋白的表达。说明内质网应激而引起Ca2+流向线粒体，从而增强线粒体的氧化还原能力，产生过量的ROS，而ROS的失衡是触发了细胞的炎症、坏死、凋亡等生理变化直接原因。.综上所述， ERAD缺失会导致Ca2+超载，破坏ROS平衡，导致线粒体功能紊乱触发细胞坏死、凋亡。Ca2+、ROS和各种促炎症因子都是治疗干预的潜在靶点。这也在本实验中得到了证明。因此，靶向ERAD机制是治疗肝病的另一个潜在策略。