常量營養(yǎng)素（包括葡萄糖、離調(diào)脂質(zhì)和氨基酸）和微量營養(yǎng)素（包括金屬元素）均是控脂維持機體代謝平衡的必要元素。糖脂代謝紊亂與代謝疾病發(fā)病的肪酸關系眾所周知；但是微量元素在代謝疾病發(fā)生發(fā)展的作用還知之甚少。
銅是代謝一種重要的微量元素，它參與多種酶（SOD1和COX等）的新機組裝。銅原子外層電子云密度高，離調(diào)可容納多個電子的控脂傳遞，因此銅離子是肪酸多種代謝酶的催化中心。盡管銅離子在生命活動中至關重要，代謝但細胞內(nèi)銅離子的新機變化如何被感知，銅離子如何參與糖脂代謝調(diào)控，離調(diào)這些重要問題還鮮有報道。控脂肝臟是肪酸最主要的儲銅器官，生理狀態(tài)下肝銅維持在一個穩(wěn)定的代謝范圍中。銅藍蛋白（Ceruliplasmin，新機CP）主要由肝臟合成并分泌，它將肝臟中的銅分泌入血并運輸?shù)狡渌M織。非酒精性脂肪性肝病（non-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）的全球患病率已達總?cè)丝诘?5%，但還沒有臨床批準的特效藥物。
因此迫切需要探究MAFLD發(fā)病機制和全新致病因素。近年來臨床研究發(fā)現(xiàn)肝銅缺乏與NAFLD等發(fā)病密切相關；而給脂肪肝兔子喂食含銅飼料有效緩解NAFLD癥狀。但是銅與脂質(zhì)代謝和NAFLD發(fā)生的機制研究還鮮有研究。
在賈偉平院士的領導和大力支持之下，2022年10月18日上海交通大學醫(yī)學院附屬第六人民醫(yī)院糖尿病研究所劉軍力課題組與哈佛大學醫(yī)學院苗及教授團隊在Cell Reports雜志合作發(fā)表了題為“Downregulation of hepatic Ceruloplasmin ameliorates NAFLD via SCO1-AMPK-LKB1 complex”的研究論文，闡明銅和銅藍蛋白在NAFLD的發(fā)生發(fā)展過程中的作用及其分子機制。賈院士與劉老師聯(lián)合培養(yǎng)的博士生謝麗萍、劉老師組的博后袁艷美和博士生陸思嘉，以及苗老師組的學生徐思苗為該文章的共同一作。
研究者通過質(zhì)譜測定不同人群肝臟中銅離子的變化，發(fā)現(xiàn)NAFLD患者肝臟中銅離子的含量明顯降低，同時發(fā)現(xiàn)ob/ob小鼠和DIO小鼠的肝臟銅離子含量也顯著降低。研究者研究了NAFLD肝臟臨床樣本中所有參與銅離子轉(zhuǎn)運和代謝的基因，發(fā)現(xiàn)銅藍蛋白（CP）等基因明顯上調(diào)；然后利用siRNA在肝細胞中逐一敲除相關基因，篩選發(fā)現(xiàn)下敲CP導致肝細胞中銅離子濃度明顯升高，而敲除其它基因的影響并不明顯。這些結(jié)果提示NAFLD患者肝臟中銅離子的降低可能是由于CP的表達上調(diào)所引起的。研究者構(gòu)建了肝臟特異性CP敲除小鼠，并進行高脂飼養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CP敲除導致抑制了高脂飼料誘發(fā)的肝臟銅離子降低，繼而緩解了高脂誘導引起的脂肪肝發(fā)生。
線粒體是脂肪酸氧化的主要細胞器。高脂飼養(yǎng)導致小鼠肝細胞中線粒體出現(xiàn)腫脹和線粒體嵴損傷消失。研究者發(fā)現(xiàn)肝臟特異性敲除 CP，抑制了高脂飼養(yǎng)導致的線粒體損傷，也增加了健康線粒體的數(shù)目。seahorse實驗也證明，肝細胞敲除 CP后，細胞氧化能力增加。線粒體功能的提升，進一步促進肝細胞中脂肪酸氧化。
研究者通過RNA-seq研究下敲肝臟樣本發(fā)現(xiàn)肝臟CP敲除導致AMPK信號通路激活，并且基于AMPK抑制劑、AMPK基因敲除等多種手段也證明CP敲除促進肝臟脂肪酸氧化依賴于 AMPK-PGC1α-PPARα信號通路。
CP敲除后，銅離子濃度上調(diào)是否介導了AMPK的激活呢？銅離子特異性螯合劑去除細胞內(nèi)銅離子明顯減弱了CP缺失介導的AMPK激活和脂肪酸氧化基因表達；相反，鐵離子特異性螯合劑則沒有這些影響。說明銅離子上調(diào)在激活AMPK和抑制脂肪肝過程中發(fā)揮重要作用。
銅離子如何激活AMPK呢？AMPK并非含銅蛋白，但是研究者發(fā)現(xiàn)沉默含銅蛋白SCO1有效抑制CP敲除介導的AMPK激活和脂肪酸氧化基因增加；而且SCO1與AMPKa/β/γ和LKB1形成一個復合物促進AMPK激活。用BCS去除細胞內(nèi)的銅離子會破壞SCO1與AMPKa的結(jié)合；與此一致的是，銅結(jié)合位點缺失的SCO1突變體與AMPKa的結(jié)合能力明顯被抑制。這些實驗證明只有負載銅離子的SCO1才能有效與AMPKa和LKB1形成復合物，并促進AMPK激活和上調(diào)脂肪酸氧化。
最后，研究者通過給小鼠注射銅螯合劑（BCS），逆轉(zhuǎn)了CP敲除帶來的脂肪酸氧化增強和肝細胞中的脂肪過量堆積，進一步證明恢復肝臟銅水平是CP敲除介導的脂肪肝癥狀改善的主要原因。
綜上所述，該研究從臨床研究出發(fā)，發(fā)現(xiàn)了一種誘發(fā)NAFLD發(fā)生的新病因；并且揭示了微量元素銅離子通過SCO1-LKB1-AMPK復合物，調(diào)控常量營養(yǎng)脂質(zhì)代謝的全新機制。該研究為未來銅離子的生理作用研究帶來新的啟示，也為NAFLD的防治和藥物研發(fā)提供新的理論基礎。
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劉軍力課題組專注于糖脂代謝和相關疾病研究，近幾年在Cell Metabolism（2篇），Science Translation Medicine，Cell Reports 和 Metabolism等期刊發(fā)表多篇研究論文，他們的系列研究工作受到了國內(nèi)外同行的廣泛關注，國際權(quán)威期刊Nature Medicine 和 Nature Reviews Endocrinology 等期刊先后發(fā)表多篇亮點評述（Research Highlights）積極評價。因工作需要，劉軍力課題組公開招聘博士后2名，歡迎有意加盟的博士盡快聯(lián)系（[email protected]）,詳細招聘信息參見實驗室網(wǎng)站：www.junliliu-lab.com.
