肝脏乌头酸酶1通过重塑柠檬酸流向抑制脂肪生成并改善高胆固醇血症
（中科脂典提供TCA循环代谢流、胆固醇合成代谢流、中长链脂肪酸代谢流分析）
2025年10月，首都医科大学附属北京安贞医院等单位的研究人员在《Metabolism-Clinical and Experimental》（IF：11.9）上发表了题为“Hepatic aconitase 1 redirects citrate flux to suppress lipogenesis and ameliorate hypercholesterolemia”的研究论文，揭示了肝脏乌头酸酶1（ACO1）是底物分配和肝脏脂质稳态的关键调控因子。强调了ACO1作为治疗高胆固醇血症及相关代谢疾病的潜在治疗靶点。
亮点概述：
在高胆固醇血症动物和患者体内，肝脏中ACO1水平显著减少。
在肝脏中过表达ACO1可改善血脂异常、脂肪肝及动脉粥样硬化症状。
ACO1的降脂作用依赖于其酶活性。
ACO1将柠檬酸通量从脂肪从头合成（DNL）转向α-酮戊二酸（α-KG）的生产。
高胆固醇血症是动脉粥样硬化性心血管疾病的主要可改变风险因素，当前降脂治疗仍存在局限性，亟需探索新型治疗策略并深入解析胆固醇调控机制。肝脏通过协同调控DNL、脂质转运和脂质氧化途径，在维持全身脂质稳态中发挥关键作用。细胞质柠檬酸是DNL的关键前体。在细胞质中，柠檬酸通过两种关键酶——细胞质ACO1和ATP-柠檬酸裂解酶（ACLY）被引导进入不同的代谢途径，这两种酶将碳通量导向不同的命运。尽管ACO1和ACLY在调控柠檬酸利用方面发挥着互补作用，但ACO1对肝脏脂质稳态的具体作用仍有待探索。
研究人员首先评估了不同高胆固醇血症动物模型以及临床患者与正常对照组肝脏中的ACO1表达与活性，结果表明无论是高胆固醇血症动物模型还是患者，其肝脏中的ACO1表达均显著下调。但其mRNA水平无变化，这表明高胆固醇血症期间肝脏ACO1蛋白表达的变化是由于转录后调控所致。既往研究证实，高胆固醇/高脂饮食可激活蛋白激酶C（PKC）信号通路，通过磷酸化作用负向调控ACO1蛋白表达。研究人员进一步阐明高胆固醇饮食（HCD）诱导ACO1表达下调的分子机制。在小鼠模型实验中，HCD显著增加了ACO1磷酸化水平，而PKC抑制剂恩扎妥林治疗则显著抑制了ACO1磷酸化并恢复了肝脏总ACO1表达。HCD和肝脏脂质堆积会引发氧化应激，从而抑制ACO1酶活性，使用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）能有效逆转这种抑制。
ACO1在小鼠和高胆固醇血症患者的肝脏中下调
研究人员采用AAV8-ACO1-sgRNA-TBG-Cre基因编辑构建肝脏特异性ACO1敲除（ACO1-HepKO）小鼠模型，探究ACO1在脂质代谢稳态中的作用，结果显示正常饮食下，该敲除模型会引发高甘油三酯血症，并加剧HCD诱导的血脂异常。为评估肝特异性ACO1过表达对高胆固醇血症的治疗潜力，构建相应过表达小鼠模型，发现其可显著改善HCD诱导的脂质代谢紊乱及肝脂肪变性，且不影响体重；并在LDLR−/−小鼠中进行了验证。此外，在动脉粥样硬化模型ApoE−/−小鼠中实验显示，肝特异性ACO1过表达不仅能改善ApoE−/−小鼠脂质代谢、减少肝脂肪变性，还可降低动脉粥样硬化，且不影响体重或摄食量。
为确定ACO1的降脂作用是否依赖其酶活性，研究人员向喂食HCD的C57BL/6J小鼠注射了编码非酶形式ACO1的ACO1mut-AAV8载体，以Con-AAV8作为对照。结果表明，在HCD喂养的C57BL/6J小鼠中，非酶形式的ACO1对高脂血症或脂肪肝无显著影响，证实了ACO1的降脂作用依赖于其酶活性。
非酶形式的ACO1对高脂血症或脂肪肝无显著影响
为了深入探究ACO1在肝脏代谢中的调控机制，研究人员分析了HCD引发的代谢变化，并研究了肝特异性ACO1过表达或敲除对喂食HCD的C57BL/6 J小鼠肝脏代谢谱的影响。与正常饮食组相比，HCD喂养显著增加了肝脏中的胆固醇硫酸酯和脂肪酸（如油酸）水平，而AMP和糖酵解中间产物则显著降低。ACO1过表达可逆转这些代谢变化，而ACO1敲除则显著提高了HCD喂养小鼠肝脏中的脂肪酸水平（如棕榈酸）。肝脏特异性ACO1敲除小鼠显示肝内柠檬酸的下游代谢物α-KG水平显著降低，无论ACO1过表达还是敲除，肝内柠檬酸和异柠檬酸的总水平均未出现显著变化，ACO1过表达或敲除并未改变肝线粒体或细胞质中的柠檬酸水平。差异代谢物的功能富集分析进一步揭示，HCD喂养显著上调了脂肪酸合成和mTOR信号通路等关键肝脏代谢途径，同时下调AMPK信号通路。ACO1过表达则引发了相反的代谢通路变化，显著提高了肝脏中AMPK和ACC的磷酸化水平，同时抑制了mTOR磷酸化及与从头脂质合成相关蛋白SREBP2、ACSS2和FASN的表达。ACO1敲除主要影响FoxO信号通路、癌症相关胆碱代谢和脂肪酸合成。综合来看，这些结果表明ACO1通过重塑肝脏代谢谱，在调节肝脏脂质代谢和能量稳态中发挥着关键作用。
肝脏特异性ACO1过表达重塑了喂食HCD小鼠的肝脏代谢谱
最后，研究人员使用13C6-葡萄糖进行同位素示踪实验，追踪葡萄糖衍生的柠檬酸及其与DNL的代谢关联。在给予13C6-葡萄糖15分钟后，ACO1过表达小鼠肝脏中葡萄糖衍生的13C-柠檬酸富集水平较对照组显著降低，经过2小时给药后，该指标恢复至正常水平。6小时给药后，葡萄糖衍生13C-柠檬酸富集水平较对照组显著下降。通过分析其下游产物α-KG发现ACO1能够促进肝细胞中柠檬酸向α-KG的代谢转化。ACO1过表达小鼠肝脏中棕榈酸、硬脂酸和油酸等脂肪酸的13C富集率显著降低。此外，乙酰辅酶A、FPP、羊毛甾醇和胆固醇中的13C富集率也明显减少。ACO1基因敲除则引发了相反的代谢变化。在ACO1过表达小鼠体内，葡萄糖衍生的13C-柠檬酸水平呈现短暂性下降（追踪后15分钟出现，但2小时后消失），这表明其他来源的物质会代偿性地流入柠檬酸池。通过线粒体和胞质提取物进行的13C6-葡萄糖追踪实验揭示了ACO1驱动的α-KG积累及其跨膜代谢流在调控肝脏柠檬酸代谢中的核心作用。总之，ACO1促进柠檬酸向α-KG的代谢转化，减少柠檬酸向乙酰辅酶A的转化，从而抑制肝脏脂肪酸和胆固醇的合成。
肝脏ACO1重定向柠檬酸代谢，抑制肝脏脂肪酸和胆固醇的从头合成
综上所述，该研究结果表明，ACO1是肝脏脂质代谢的核心调控因子，其通过调控柠檬酸代谢流向的作用为相关疾病治疗提供了新的潜力。利用小分子激活剂靶向调控ACO1酶活性，可能为治疗高胆固醇血症、脂肪肝和动脉粥样硬化提供一种有前景的策略。【该文第一作者为李林忆助理研究员，秦彦文教授为通讯作者。本研究获得了卫健委2030四大慢病重大专项，科技部十四五国家重点研发计划，国家自然科学基金等基金资助。】
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