隔日禁食 (ADF)是今朝风行的热量限定情势之一，已经有动物及临床研究显示ADF可改良代谢康健，但其驱念头制尚不清晰。有研究发明ADF可能在胰岛素敏感性方面具备主要作用，而肝脏在胰岛素作用以及血糖治理方面都阐扬着至关主要的作用，此中与繁杂的线粒体代谢密不成分。但肝脏线粒体是否介入或者怎样介入ADF介导的代谢益处尚不清晰。西安交通年夜学冯智辉/刘康健传授团队等经由过程代谢组学等技能展现肝脏在ADF介导的代谢益处的要害作用，并注解靶向肝脏线粒体复合物Ⅱ多是匹敌代谢紊乱的新计谋，相干结果揭晓于《Advanced Science》。麦特绘谱提供代谢组学检测办事。 1. ADF经由过程侵扰线粒体复合物Ⅱ组装促成肝脏代谢重塑本研究中，小鼠接管按期喂养或者ADF干涉干与4周，每一4天监测一次体重以及食品摄取量。ADF组小鼠在干涉干与1周后体重增长减慢，而两组之间食品摄取量相称。ADF组小鼠血清 ALT、AST、TC、TG、肌酐、尿素以及空肚胰岛素程度与比照组无显著差异，而ADF组小鼠葡萄糖耐量以及胰岛素敏感性显著提高。肝脏构造代谢组学研究发明47种代谢物在ADF以及比照组之间存在显著差异，这些变化重要与氨基酸代谢有关。因为线粒体是将非必须氨基酸代谢与三羧酸轮回耦合的要害细胞器，随后对于线粒体睁开相干研究。成果注解，在肝脏构造中，电子通报链 (ETC)五种复合物中只有线粒体复合物Ⅱ活性在ADF组中显著降低，而其在外周构造则无显著差异。线粒体复合物Ⅱ四个亚基mRNA转录以及卵白表达程度无差异，且ADF也未转变其他线粒体复合物亚基mRNA转录程度。可是，ADF显著转变线粒体复合物Ⅱ组装因子——虎魄酸脱氢酶组装因子 2 (SDHAF2) 以及 SDHAF4卵白质表达程度。此中，ADF不仅显著降低了 SDHAF4卵白表达程度，且致使SDHAF4与SDHB联合削减，从而粉碎了SDHA与SDHB进一步联合。是以，ADF干涉干与引诱线粒体复合物 Ⅱ 活性降低，重要缘故原由为SDHAF4表达降低进而按捺线粒体复合物 Ⅱ的组装。图1. ADF经由过程按捺线粒体复合物Ⅱ的组装促成肝脏代谢重塑2. 肝脏Sdhaf4敲除了按捺线粒体复合物II，但不影响表型构建肝脏特异性Sdhaf4基因敲除了小鼠进一步摸索肝脏SDHAF4介导的复合物Ⅱ功效障碍对于代谢的影响。成果显示，Sdhaf4敲除了对于小鼠血清ALT、AST、TC、TG程度无显著影响。与ADF组小鼠一致，Sdhaf4Alb KO小鼠线粒体复合物亚基表达程度趋向相似，SDH亚基SDHA以及SDHB卵白程度显著降低，而复合物 ⅡI、IV以及V活性降低不显著。SDHA/SDHB联合以及泛素润色的免疫沉淀阐发注解SDH卵白程度降低归因于泛素润色加强以及卵白降解。线粒体复合物 Ⅱ 活性降低会按捺线粒体三磷酸腺苷 (ATP)孕育发生，成果注解，在Sdhaf4Alb KO小鼠以及ADF组小鼠中，ATP孕育发生削减。不外ATP孕育发生削减并未影响AMPK、mTOR旌旗灯号、线粒体自噬活性。HE染色成果注解， Sdhaf4Alb KO小鼠肝脏布局正常。电子显微镜显示Sdhaf4Alb KO小鼠线粒体微不雅布局以及数目未转变，这注解，肝脏中SDHAF4的缺掉会按捺线粒体活性，但不会引起剧烈的线粒体应激。Sdhaf4Alb KO小鼠体现出正常的能量代谢，包孕总勾当、O2耗损、CO2孕育发生、热量孕育发生、食品摄取以及呼吸互换。Sdhaf4Alb KO小鼠粪便身分以及卡路里变化与比照组相似。对于肝脏举行胆汁酸谱检测，鹅去氧胆酸 (CDCA) 以及 7-酮石胆酸 (7-Keto LCA)发生显著转变。总之，肝脏中SDHAF4缺掉对于小鼠的能量接收/哄骗无显著影响。图2. 肝脏Sdhaf4敲除了粉碎线粒体复合物，但不影响表型3. Sdhaf4 敲除了提高小鼠全身代谢敏感性Sdhaf4Alb KO以及比照小鼠之间血脂、空肚血糖以及空肚胰岛素程度连结相似。不外Sdhaf4Alb KO小鼠口服葡萄糖耐量以及胰岛素敏感性显著改良，与ADF组一致。此外，KO小鼠在胰岛素引诱后肝脏、肌肉以及腹股沟白色脂肪构造中丝氨酸/苏氨酸激酶磷酸化显著增长。经由过程转染腺病毒来过表达肝脏Sdhaf4，成果注解，Sdhaf4过表达显著恢复Sdhaf4Alb KO小鼠肝脏中的SDHA以及SDHB卵白程度，而不影响血清脂质程度。同时，过表达并未转变比照小鼠的葡萄糖以及胰岛素耐受性，但显著降低Sdhaf4Alb KO小鼠的葡萄糖以及胰岛素耐受性。在恢复SDHAF4程度后，Sdhaf4Alb KO小鼠Akt 磷酸化也降低，进一步申明肝脏SDHAF4缺掉对于改良全身代谢能力的驱动作用。此外，对于 Sdhaf4Alb KO小鼠举行长达12个月的不雅察及小鼠肢体气力测试平分析，展现比照组以及Sdhaf4Alb KO小鼠在 二、6 以及12个月龄存在相似变化，提醒按捺肝脏线粒体复合物 Ⅱ 组装多是改良全身代谢益处安全有用的计谋。图3. 肝脏 Sdhaf4 敲除了提高小鼠的全身代谢敏感性因为肝脏SDHAF4缺掉改良了代谢能力，随后评估对于代谢应激的益处。在喂食高脂饮食12 周后，Sdhaf4Alb KO小鼠体现出对于 HFD引诱的体重增长的显著抵挡，和对于WAT 增长的抵挡，肝脏、棕色脂肪构造 (BAT)、性腺 WAT (gWAT) 以及 iWAT 的H E染色成果进一步左证。此外，HFD喂养下Sdhaf4Alb KO小鼠肝脏甘油三酯以及总胆固醇程度显著降低。Sdhaf4Alb KO小鼠在 HFD 喂养下仍体现出葡萄糖以及胰岛素耐受性显著改良。同时，肝脏、肌肉以及 iWAT 中胰岛素刺激的 Akt 磷酸化显著增长。这些成果注解Sdhaf4Alb KO小鼠在通例甚至HFD 情况下都连结较好的代谢敏感性。图4. 肝脏中SDHAF4的缺掉掩护小鼠免受代谢压力4. 按捺线粒体复合物 Ⅱ 组装可促成氨基酸代谢在线粒体五种复合物中，复合物Ⅱ是独一已经知的同时介入 TCA 轮回以及电子通报链的复合物。SDHAF4缺掉粉碎了复合物Ⅱ的组装，从而促成SDH亚基降解。是以，预测Sdhaf4Alb KO小鼠肝脏TCA活性发生显著按捺。将比照组以及Sdhaf4Alb KO小鼠肝构造举行代谢组学研究，Sdhaf4Alb KO小鼠肝脏中氨基酸增多以及碳水化合物降低。生化检测以及染色成果注解， Sdhaf4Alb KO小鼠糖原程度降低。糖原基因Pgc-一、FoxO一、Pck1以及G6pc表达显著降低，注解糖异生遭到按捺，这多是因为胰岛素旌旗灯号传导增长而至。SDHAF4缺掉影响了TCA轮回中的富马酸以及苹果酸程度，且它们在 Sdhaf4Alb KO小鼠显著增长，提醒存在相应SDH功效障碍的赔偿通路。只管 Sdhaf4Alb KO小鼠以及ADF组小鼠ATP程度均降低，但NAD+以及NADH均无显著影响，注解只管SDH活性遭到按捺，Sdhaf4Alb KO小鼠以及ADF组小鼠仍能实现功效性TCA轮回。通路富集成果注解，氨基酸代谢是受影响最年夜的通路。已经有研究报导精氨酸代谢与TCA轮回紧密亲密相干。精氨酸由精氨酸虎魄酸合酶 (ASS) 以及精氨酸虎魄酸裂解酶 (ASL) 天生，孕育发生的副产品富马酸转化为苹果酸进而天生草酰乙酸，用于天生天冬氨酸进入精氨酸合成轮回。同时，精氨酸代谢为鸟氨酸以及尿素，举行尿素轮回。这些数据提醒，按捺复合物 Ⅱ 组装可以激活精氨酸生物合成通路以维持富马酸程度，从而维持体内TCA代谢功效。图5. 按捺线粒体复合物 Ⅱ 组装可促成氨基酸代谢5. SDHAF4缺掉激活精氨酸-NO轮回以改良小鼠胰岛素敏感性肝脏SDHAF4缺掉可以改良胰岛素敏感性，这提醒存在中间介质从肝脏开释进入轮回体系。血清朝谢组学阐发发明，精氨酸生物合成是Sdhaf4Alb KO小鼠中受影响的显著通路，且瓜氨酸显著增长。瓜氨酸是由一氧化氮合酶 (NOS) 催化孕育发生，该反映还孕育发生一氧化氮 (NO)，NO是多种心理历程中的要害调治剂，是以探究NO是不是调治代谢益处的要害效应物。成果注解，Sdhaf4Alb KO以及ADF组小鼠血清NO程度均升高，肝脏中NOS1 以及 NOS3 表达也显著增长，而在其他构造中未不雅察到这类变化，提醒精氨酸-NO轮回在Sdhaf4Alb KO以及ADF组小鼠肝脏中被激活。经由过程饮用水添加NOS按捺剂(N-**-L-精氨酸甲酯，L-NAME) 来按捺Sdhaf4Alb KO以及ADF组小鼠NO，成果显示，L-NAME显著消弭葡萄糖耐量以及胰岛素相干的Akt 磷酸化。此外，L-NAME 也可消弭Sdhaf4Alb KO小鼠对于 HFD 引诱的代谢掩护。为探究肝脏代谢调治作用对于肌肉以及脂肪构造的影响，对于原代肝细胞与小鼠 C2C12 肌管或者 3T3-L1脂肪细胞举行共造就。与Sdhaf4Alb KO小鼠肝细胞共造就的 C2C12 或者 3T3-L1 细胞中Akt磷酸化显著增长。轮回体系中的NO 是否作用于靶构造，阐发成果显示，Sdhaf4Alb KO小鼠以及ADF组小鼠肝脏、肌肉以及 iWAT 中NO下流因子cGMP显著增长。并且，在有或者无L-NAME处置惩罚的环境下，Sdhaf4Alb KO小鼠靶构造中cGMP 程度与NO程度变化一致。为论述构造胰岛素敏感性加强是NO直接作用，Sdhaf4Alb KO小鼠举行短时间L-NAME干涉干与，肝脏中NO的孕育发生以及血清中NO程度显著按捺，且肝脏、脂肪以及肌肉中胰岛素旌旗灯号改良被显著按捺。这些数据提醒，肝脏SDHAF4-精氨酸轴驱动NO孕育发生并经由过程 cGMP 旌旗灯号靶向外周构造以加强胰岛素敏感性。图6. SDHAF4 的肝脏缺掉激活精氨酸-NO轮回以改良小鼠胰岛素敏感性6. 肝脏NOS3是轮回NO变化的缘故原由因为试验组小鼠肝脏中NOS1以及NOS3均显著增长，是以进一步确定NO来历。用3种NOS 按捺剂处置惩罚Sdhaf4Alb KO小鼠原代肝细胞共造就的 C2C12 肌管，成果显示，NOS3按捺剂显著按捺胰岛素引诱的Akt磷酸化，注解NOS3介导的NO孕育发生多是Sdhaf4Alb KO或者ADF组小鼠全身代谢改良的缘故原由。随后构建肝脏Nos3敲除了小鼠，其肝脏中Nos3表达以及血清中NO程度均降低50%。对于Nos3敲除了小鼠举行ADF干涉干与，Nos3敲除了小鼠中葡萄糖以及胰岛素耐受被按捺，胰岛素引诱的Akt磷酸化降低。Sdhaf4Alb KO小鼠与Nos3敲除了小鼠举行杂交的小鼠体现出Sdhaf4彻底缺掉以及肝脏Nos3 50% 表达。与Sdhaf4Alb KO小鼠比拟，杂交小鼠NO轮回程度显著降低。同时，Nos3敲低也显著降低Sdhaf4Alb KO小鼠中Akt磷酸化程度，且显著按捺Sdhaf4Alb KO小鼠的葡萄糖以及胰岛素耐受能力。这些数据注解，肝脏NOS3 影响NO轮回程度，SDHAF4-精氨酸-NO轴是调治ADF介导的代谢益处的潜在机制。图7. 肝脏NOS3是代谢改良小鼠轮回NO的缘故原由7. 肝脏Sdhaf4过表达削弱ADF对于胰岛素敏感性的改良作用构建肝脏Sdhaf4过表达小鼠，在ADF干涉干与下，转染过表达载体的小鼠的葡萄糖耐量以及胰岛素敏感性显著降低，组装因子以及SDH亚基转录表达无影响。此外，Sdhaf4过表达显著改良了ADF引诱的线粒体复合物 Ⅱ 活性以及SDH亚基组装。Nos一、Nos三、Slc7a1 表达以及血清 NO 程度降低，注解肝脏精氨酸-NO轮回未被激活。肝脏、肌肉以及 iWAT 构造中Akt磷酸化降低，注解肝脏 Sdhaf4 过表达显著按捺ADF干涉干与小鼠全身胰岛素敏感性的提高。这些数据展现了肝脏中高度动态以及互作的线粒体代谢收集，注解按捺肝脏复合物 Ⅱ 组装多是改良代谢能力的潜在计谋。图8. 肝脏Sdhaf4过表达削弱ADF小鼠对于胰岛素敏感性的改良小结本研究展现肝脏在ADF干涉干与时期履历了显著的代谢重编程，重要经由过程按捺组装因子SDHAF4进而按捺线粒体复合物 Ⅱ 组装。机制上，肝细胞激活精氨酸– NO轴以相应线粒体复合物Ⅱ以及TCA轮回，开释NO加强多构造胰岛素敏感性。这些成果凸起了肝脏在ADF相干全身益处中的要害作用，并注解靶向肝脏线粒体复合物 Ⅱ 组装多是匹敌代谢紊乱的新计谋。西安交通年夜学冯智辉传授团队持久切磋线粒体调控收集介入代谢、朽迈相干疾病的发朝气制及靶向干涉干与计谋。近期受邀在Pharmaceuticals中开设线粒体研究的一个特刊 “Mitochondria Targeted Pharmaceuticals in Aging Associated Diseases”，接待感乐趣的教员同窗前去投稿，分享本身的研究结果。具体信息可参考以下链接：https://www.mdpi.com/journal/pharmaceuticals/special_issues/Mitochondria_Aging_Diseases_Pharm绘谱帮你测麦特绘谱拥有业内强盛的Q600全定量代谢组、Q300全定量代谢组、Q200宏代谢组等要领，可提供代谢组学一站式总体解决方案，独家的检测技能、周全的数据陈诉和专业的售后切磋，助力您的科研摸索之路不停立异以及冲破。详情接待咨询麦特绘谱热线400-867-2686，获取具体资料！参考文献Hepatic Suppression of Mitochondrial Complex Ⅱ Assembly Drives Systemic Metabolic Benefits. Advanced Science. 2022. https://doi.org/ 10.1002/advs.202105587.浏览原文，请扫描下方二维码 往期保举