脂质组学揭示apoM-/-小鼠代谢窘迫且肝脏脂质向循环中分泌减弱

载脂蛋白M缺陷(apoM-/-)型小鼠会发生肝功能和代谢受损。
apoM-/-小鼠肝脏中性脂质积聚,血清中胆固醇酯和饱和/单不饱和脂肪酸的总体水平显着降低。
apoM-/-小鼠肝脏VLDL分泌进入血循环减少。
脂质代表了一个庞大的代谢产物家族,除了作为细胞膜和脂质小滴的基本组成部分的结构和功能角色外,还广泛参与细胞信号转导。在许多与年龄有关的和/或代谢性疾病(包括糖尿病,心血管疾病,脂肪肝疾病等)中,广泛报道了血脂水平的异常。脂蛋白主要包含包裹在磷脂单层中的三酰基甘油,胆固醇和胆固醇酯,其功能是在各种器官和组织之间传递脂质。载脂蛋白被植入脂蛋白颗粒的磷脂单分子膜中,并起稳定膜复合物,以及确定其精确功能和单个脂蛋白的最终命运的关键作用。
载脂蛋白M(apoM)是一种相对较新发现的人载脂蛋白,尽管它也存在于富含甘油三酸酯的脂蛋白(TGRLP)和低密度脂蛋白(LDL)中,但主要与人血浆中的高密度脂蛋白(HDL)相关。已有研究发现其参与HDL和胆固醇代谢,然而,关于apoM如何影响肝脏和血清脂质组成尚不清楚。

研究人员通过小鼠和人SMMC-7721细胞系中的apoM敲除系统研究了apoM对肝脏和血浆脂质组的影响,以及apoM如何参与脂质循环。在敲除apoM后,研究人员观察到apoM-/-小鼠发生肝脂肪变性,且血清肝功能受损指标总胆红素(TBIL)和同型半胱氨酸(HCY)显著升高。
接着,研究人员利用基于质谱的集成脂质组学方法对来自不同脂质类别的600多种脂质进行半定量,包括apoM-/-小鼠中的游离脂肪酸,甘油脂,磷脂,鞘脂,糖鞘脂,胆固醇和胆固醇酯(CEs)。在apoM-/-小鼠中观察到肝脏中性脂质的积聚,包括CEs,三酰基甘油(TAGs)和二酰基甘油(DAGs)。血清脂质组学分析显示,与肝脏相比,CE和饱和/单不饱和脂肪酸的总体水平显著降低。

apoM-/-小鼠肝脏中单个脂质种类的变化

apoM-/-小鼠血清中特定脂质种类的变化
进一步研究显示,apoM-/-小鼠肝脏中ApoB-100(VLAD和LDL的载脂蛋白之一)的水平显著增加,而血清ApoB-100和LDL的水平则显著降低,这表明肝脏VLDL分泌进入血循环减少。脂质谱分析结果和炎症因子(IL-1β,TNF-α)水平表明,apoM缺失导致肝脂肪变性和代谢窘迫的总体状态。

ApoM缺乏症降低血清ApoB-100水平并增加肝脏ApoB-100水平
与apoM-/-小鼠中的结果一致,在apoM缺失的SMMC-7721细胞中观察到中性脂质(主要是饱和游离脂肪酸)急剧升高,基础和最大线粒体呼吸作用以及ATP(供应人体的能量物质)产量均明显下降,且糖酵解能力和糖酵解储备显著降低。

SMMC-7721和SMMC-KO细胞中耗氧率(OCR)和细胞外酸化率(ECAR)测定
综上所述,该研究结果揭示了apoM缺失可导致肝脂肪变性、脂质分泌受损和代谢障碍的总体状态。脂质组学研究表明apoM-/-小鼠肝脏和循环系统之间的脂质稳态受到影响,主要是由于肝脏分泌VLDLs(而不是HDL)进入循环受阻。脂质分泌紊乱导致异位肝脂质积聚,其特征是通过蛋白质分析和线粒体呼吸分析发现炎症和线粒体应激增强。
苏州大学附三院施媛萍副研究员和中科院遗传发育所访问学者Dr. Lam Sin Man为该论文的第一作者,张晓膺书记(教授)和税光厚研究员为该论文的共同通讯作者,相关工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和江苏省自然科学基金等的资助。

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