多组学解析非酒精性脂肪性肝炎发病机制

单核细胞归巢到肝脏和与肝窦内皮细胞(LSECs)的黏附是非酒精性脂肪性肝炎(NASH)发病的关键因素，之前的研究表明VCAM-1介导单核细胞与LSECs的黏附。然而，VCAM-1在NASH中的致病作用尚不清楚。

鉴于此，美国妙佑医疗国际研究人员，通过多组学技术联合应用，发现脂毒应激部分通过MLK3信号增强LSEC VCAM-1的表达；利用CyTOF技术发现VCAM-1抗体通过减少单核细胞向肝脏的渗透来改善肝脏损伤、炎症和纤维化；抑制VCAM-1的表达可减轻小鼠的NASH的所有损害特征。研究成果“Lipid-induced endothelial vascular cell adhesion molecule 1 promotes nonalcoholic steatohepatitis pathogenesis”发表在期刊《The Journal of Clinical Investigation》。

多组学研究证实Vcam1在小鼠NASH中转录上调

小鼠被喂以富含脂肪、果糖和胆固醇(FFC)的食物或正常的食物，通过RNA-Seq技术发现只有编码ICAM-1和VCAM-1的Icam1和Vcam1在NASH肝脏中差异表达；基于这些转录组数据，研究人员又通过ATAC-seq筛选NASH发育过程中LSECs表观遗传激活的基因，发现与正常饲喂小鼠相比，FFC小鼠肺上皮细胞Vcam1的表达显著上调，Icam1的上调不如Vcam1显著。因此，Icam1不在LSEC转录组前63个差异上调的基因之列。为了证实转录研究获得的数据，研究人员又通过qPCR（小鼠样本）和免疫组化（人源样本）检测了Vcam1的mRNA表达水平。这些发现表明，在小鼠和人NASH肝脏中，VCAM-1表达显著上调，提示VCAM-1参与了NASH的发病机制。

图1、在小鼠和人NASH中，LSECs中Vcam1的转录上调

循环中过多的饱和游离脂肪酸继发的脂毒性是NASH发病的主要驱动因素。研究人员发现MAPK信号通路在毒性脂质诱导的LSECs VCAM-1上调中起主要作用。此外，在饮食诱导的NASH小鼠模型中，MLK3的基因缺失或药物抑制显著减弱了肝脏VCAM-1的蛋白表达。这些发现表明，脂毒应激通过MLK3依赖的机制上调LSEC中VCAM-1的表达。

图2、VCAM-1在脂毒性条件下的LSECs中通过MAPK通路上调

基于在体外和体内的脂毒条件下VCAM-1上调的发现，研究人员在饮食诱导的NASH小鼠模型中检测了VCAM-1Ab的治疗效果，发现VCAM1Ab在FFC喂养的小鼠中的治疗耐受性良好，并且不影响代谢表型或肝脏脂肪变性。体外研究发现LSEC表面的VCAM-1介导了单核细胞与LSECs的黏附，接下来研究人员检查了MoMFs（单核细胞来源的巨噬细胞）的肝脏渗透和相关的肝脏炎症，发现阻断VCAM1可以减轻MOMF介导的肝脏炎症。

图3、VCAM1Ab治疗FFC喂养的小鼠可减轻肝脏炎症

CyTOF分析VCAM1Ab治疗前后小鼠模型免疫细胞的变化

虽然MoMFs在NASH的发病和进展中发挥了关键作用，但其他各种免疫细胞也参与了NASH的发病。为了检测不同免疫细胞对VCAM-1Ab在NASH中的保护作用的贡献，研究人员通过CyTOF综合分析了肝内白细胞（IHL）亚群，发现代表促炎MoMF的cluster 21(F4/80+，CCR2+)随着FFC的喂养而增加，而在VCAM1Ab处理后减少；由促炎因子和疤痕相关巨噬细胞组成的细胞比例(cluster5、21和13)随着FFC喂养而显著增加，而在VCAM1Ab治疗下显著减少，这表明阻断VCAM-1诱导了肝脏促炎单核细胞的浸润，这与全肝促炎症基因的mRNA表达一致。VCAM-1Ab主要通过减少单核细胞向肝脏的渗透来改善肝脏损伤、炎症和纤维化。

图4、FFC喂养的小鼠的抗VCAM1Ab抗体治疗可减弱促炎单核细胞向肝脏的募集

文章总结

在这项研究中，研究人员通过RNA-seq、ATAC-seq发现LSEC VCAM-1在小鼠NASH中转录上调。此外，LSEC VCAM-1在人NASH中的表达也显著增加。在体外，棕榈酸酯（PA）可上调LSEC VCAM-1的表达；抑制MLK3的表达后，LSEC VCAM-1的表达降低。同样，在饮食诱导NASH的MLK3-/-小鼠中，LSEC VCAM-1的表达减少。此外，CyTOF分析发现VCAM-1抗体通过减少单核细胞向肝脏的渗透来改善肝脏损伤、炎症和纤维化。综上所述，脂毒应激部分通过MLK3信号增强LSEC VCAM-1的表达。抑制VCAM-1对小鼠NASH是有益的，可能成为人类NASH的一种潜在的治疗策略。

【参考文献】Furuta K, Guo Q, Pavelko KD, Lee JH, Robertson KD, Nakao Y, Melek J, Shah VH, Hirsova P, Ibrahim SH. Lipid-induced endothelial vascular cell adhesion molecule 1 promotes nonalcoholic steatohepatitis pathogenesis. J Clin Invest. 2021

【原文链接】https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov