cGAS信号通路在肥胖导致的肝脏代谢紊乱中的作用和机制

Mitochondrial dysfunction is closely associated with many metabolic diseases. Cyclic GMP-AMP synthase, cGAS, is an important double-stranded DNA sensing protein, which plays a critical role in immune defense. Recent studies show that the cGAS pathway could also be activated by mitochondrial DNA (mtDNA) released into the cytosol. We recently reported for the first time that the molecular chaperone disulfide-A oxidoreductase-like protein, or DsbA-L, is a key regulator of mtDNA-induced activation of the cGAS signaling pathway. However, how DsbA-L regulates mtDNA release and whether the cGAS signaling pathway mediates obesity-induced hepatic metabolic disorders remain exclusive. In the current study, we will use liver-specific DsbA-L knockout mice, liver-specific cGAS knockout mice, and SIRT3 knockout mice as well as primary hepatocytes isolated from these mice to study the role of DsbA-L and cGAS signaling pathway in obesity-induced hepatic metabolic disorders and the mechanisms of their actions. Our study would provide new information for developing effective therapeutic treatment for obesity and its related metabolic diseases.

线粒体功能失衡与许多代谢性疾病的发生密切相关。环状GMP-AMP合成酶cGAS是近年来发现的一个重要的双链DNA感受蛋白，在天然免疫中起着非常重要的作用。最新的研究发现线粒体DNA（mtDNA）胞浆逃逸也可以激活cGAS。我们课题组最近在国际上首次报道了分子伴侣二硫键A氧化还原酶类似蛋白DsbA-L为调控mtDNA胞浆逃逸及cGAS活化的一个关键因子。然而DsbA-L如何调控mtDNA胞浆逃逸，及cGAS信号通路是否介导肥胖所导致的肝脏代谢紊乱仍不清楚。本研究利用肝脏特异性DsbA-L敲除小鼠、肝脏特异性cGAS敲除小鼠、SIRT3敲除小鼠及其原代细胞为模型，从整体动物、细胞及分子层面上系统地研究DsbA-L及cGAS信号通路对肥胖所导致的肝脏代谢紊乱的机制，为预防和治疗代谢性疾病提供新科学依据。

非酒精性脂肪肝疾病（NAFLD）是一种代谢应急性肝损伤疾病，包括单纯的肝脂肪变（NAFL）以及更为严重的非酒精性脂肪肝炎（NASH）。NASH是非酒精性脂肪性肝病的一种晚期形式，其特征是肝脂肪变性、炎症、纤维化和细胞凋亡升高。尽管近年来在导致 NAFL和NASH 的机制方面取得了很大进展，但其发展和发病机制的关键分子机制仍未完全阐明。 在本研究中，我们发现肝细胞中脱乙酰酶 Sirtuin 3 (SIRT3) 是线粒体功能的关键调控因子，其表达缺陷可以导致NAFL到NASH的转变。二硫键氧化还原酶样蛋白（DsbA-L）是SIRT3的重要乙酰化底物。SIRT3 或DsbA-L肝脏特异性敲除加剧了甲硫氨酸/胆碱缺乏 (MCD) 饮食或四氯化碳处理的小鼠的肝脏脂质沉积，炎症因子的表达以及纤维化特征。 DsbA-L 的赖氨酸位点Lys165、167 和177 位点受到SIRT3的去乙酰化调控，这三个位点的去乙酰化促进 DsbA-L 与线粒体转录因子 A (TFAM) 的相互作用，从而调节线粒体 DNA 合成和完整性。小鼠肝细胞中SIRT3 或 DsbA-L 表达缺陷可促进 mtDNA 释放并激活 环状GMP-AMP合成酶（cGAS）-干扰素基因刺激因子（STING）信号通路。 另一方面，cGAS肝脏特异性敲除减轻了 MCD饮食或 SIRT3 缺乏所导致的小鼠 NASH 病理学特征。 我们的研究揭示了 SIRT3 和肝脏中的 cGAS 信号通路之间的功能联系，表明 SIRT3-DsbA-L-TFAM-cGAS 级联信号为维持线粒体稳态和抑制 NASH 进展和发病机制的关键调节通路。