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Cav-1条件性敲除小鼠揭示其在非酒精性脂肪性肝病中调控铁代谢的关键作用

在非酒精性脂肪性肝病(Nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD)的进展中，肝脏会发生一系列典型的组织病理学变化，包括从单纯的脂肪变性到伴有或不伴有纤维化的脂肪性肝炎，并最终发展为肝硬化或肝癌，缓解肝细胞损伤和抑制肝脏炎症的发生是防治NAFLD进展的关键。

铁离子是细胞和有机体生物过程所需的基本元素。而铁代谢紊乱是NAFLD肝细胞损伤和死亡的一个重要因素。研究发现铁超载在肥胖人群中更常见，而铁螯合剂甲磺酸去铁胺(DFOM)通过降低线粒体铁含量可有效减轻NAFLD的肝损伤程度。过量的亚铁离子(Fe²⁺)可通过芬顿反应产生大量活性氧(ROS)，后者通过抑制ATP、NAD和谷胱甘肽的生成导致细胞死亡。因此，铁离子代谢与NAFLD的进展密切。

小窝蛋白(Caveolin-1, Cav-1)是一种分子量为21-24kDa的整合膜蛋白，在内皮细胞、肝细胞、肺上皮细胞、成纤维细胞和脂肪细胞等细胞中广泛存在，并在多种肝脏疾病中起着至关重要的作用。然而，Cav-1在NAFLD中的作用仍需进一步探讨。

南方医科大学中医药学院高磊教授团队在Military Medical Research(1区，IF 21.1，CiteScore排名 10/830)杂志上发表Caveolin-1 is critical for hepatic iron storage capacity in the development of nonalcoholic fatty liver disease的研究论文(Research Article)，证实了Cav-1是调节铁和脂质代谢稳态的重要靶蛋白。它是预测和预防NAFLD发展的关键分子。

南方医科大学中西医结合医院博士后邓广辉为文章第一作者，南方医科大学中医药学院高磊教授为文章通讯作者。

图片来源：《Military Medical Research》

（https://doi.org/10.1186/s40779-023-00487-3）

研究材料与方法

在这项研究中，研究人员采用Flox-Cre系统构建肝细胞特异性Cav-1条件性敲除小鼠模型（由赛业生物提供）以及腺病毒(AAV-Cav-1)构建肝细胞特异性Cav-1过表小鼠模型。

研究方法

在研究中采用铁含量测定试剂盒、普鲁士蓝染色、Western blotting、免疫荧光染色、免疫组织化学染色及ELISA检测肝组织或血清中铁浓度、Cav-1及铁代谢相关蛋白的表达。

技术路线

01 Cav-1在NAFLD下调

02 Cav-1通过调节肝组织FTL／FTH促进Fe³⁺的形成

03 肝细胞中过表达的Cav-1激活FTL／FTH通路改善铁储存减轻NAFLD的进展

04 敲除肝细胞中的Cav-1进而促进NAFLD中Fe²⁺的积累而加重肝损伤

05 血清Cav-1是监测NAFLD患者铁稳态的关键指标

研究结果

1 在NAFLD模型中Cav-1表达下调，并伴有脂质和铁代谢异常

研究人员发现喂食HFD12周的小鼠成功诱导了明显脂质代谢紊乱的NAFLD模型并存在在严重的铁代谢功能障碍。考虑到Cav-1在血脂异常中被广泛研究，大量研究表明Cav-1基因变异与膳食脂肪酸摄入之间存在潜在的相关性，在之前的研究表明，Cav-1可以抑制自身免疫性肝炎的肝铁代谢功能障碍。通过免疫组化及肝脏原代细胞提取检测，作者发现Cav-1在NAFLD重下调，表明脂质和铁代谢异常与NAFLD的发展有关，而Cav-1可能在NAFLD中起关键作用。

2 在高铁饮食下，Cav-1通过调节肝组织FTL/FTH促进Fe³⁺的形成

研究人员利用AAV成功制备肝细胞特异性Cav-1过表达小鼠并构建高铁饮食模型。普鲁士蓝染色显示，在高铁模型中，肝细胞中Cav-1的过表达增加了Fe³⁺的浓度，FTL和FTH的表达水平显著升高，表明Cav-1可能通过调节FTL/FTH的表达，将Fe²⁺转化为Fe³⁺，并以铁蛋白的形式储存在肝脏中。

3 肝细胞中过表达的Cav-1通过激活FTL/FTH通路改善铁储存能力，从而减轻NAFLD的进展

作者用肝细胞特异性过表达Cav-1的小鼠来验证Cav-1在NAFLD中的作用，发现Cav-1减少了NAFLD的肝脏脂质积累，并抑制血清总铁及肝组织中Fe²⁺浓度。为了更深入地研究Cav-1调控铁代谢的确切机制，研究人员对FTL/FTH通路，及投射电镜结果进行分析，发现Cav-1通过激活FTL/FTH通路提高铁储存能力，在减轻肝损伤中起着至关重要的作用。

4 敲除肝细胞中Cav-1进而促进NAFLD中Fe²⁺的积累而加重肝损伤

为了佐证试验结果，研究人员采用Flox-Cre系统构建肝细胞特异性Cav-1条件性敲除小鼠（由赛业生物提供），进一步验证了Cav-1在铁代谢中的作用。Cav-1缺乏逆转了血清总铁的变化(P＜0.05)，Tf(P＜0.01)和铁蛋白(P＜0.001)水平。与Flox HFD组比较，Cav-1-CKO HFD组小鼠肝组织中Fe²⁺浓度显著升高(P＜0.05)。此外，Cav-1-CKO HFD组中，FTL和FTH表达水平降低(P＜0.01)，Fpn1表达降低，hepcidin表达升高(P＜0.05)。综上所述，敲除肝细胞中的Cav-1进而加速Fe²⁺的积累而加剧NAFLD的进展。（图1）

敲除肝细胞中Cav-1进而促进NAFLD中Fe²⁺的积累而加重肝损伤[1]

研究结论

综上所述，该研究采用肝细胞特异性Cav-1基因修饰小鼠，结合体内/体外实验，利用临床血清样本，证实肝脏中Cav-1主要通过激活肝细胞FTL/FTH途径抑制肝脏Fe²⁺的过度累积，最终缓解肝脏的损伤程度，而血清Cav-1有望成为监测铁离子水平变化的又一临床指标，该研究证实Cav-1是调控NAFLD进展的关键靶蛋白。

原文检索：

[1]Deng, GH., Wu, CF., Li, YJ. et al. Caveolin-1 is critical for hepatic iron storage capacity in the development of nonalcoholic fatty liver disease. Military Med Res 10, 53 (2023).