Nature Communications（2024/IF=14.7）：LBP调控（HepG2细胞、小鼠原代肝细胞）氧化应激下脂滴稳态并诱导脂肪肝机制研究

Nature Communications（2024/IF=14.7）：LBP调控（HepG2细胞、小鼠原代肝细胞）氧化应激下脂滴稳态并诱导脂肪肝机制研究

1. 前言

氧化应激导致的脂质过氧化是代谢相关脂肪肝病（MAFLD）的核心机制，其中脂滴（LDs）通过隔离易氧化的长链不饱和甘油三酯（UFA-TG）维持脂质稳态，但其分子调控途径尚不明确。既往研究聚焦于脂滴相关蛋白（如PAT家族）的储存功能，但LBP（脂多糖结合蛋白）在氧化应激下的作用未被揭示。LBP传统上被认为是炎症相关蛋白，但其在脂代谢中的角色存在争议：一方面，LBP敲除可缓解脂肪肝；另一方面，其抗氧化功能可能通过调控脂滴形成保护细胞。本研究发现，慢性应激（如饥饿、H2O2刺激）显著上调LBP表达并促使其定位于脂滴，但其具体作用机制及与代谢紊乱（如胰岛素抵抗、肥胖）的关联仍需系统解析。

本文阐明LBP在氧化应激下调控脂滴稳态的分子机制及其诱导脂肪肝的病理关联。 具体采用如下技术路线：①通过肝组织转录组和脂滴蛋白质组学筛选关键分子；②构建LBP敲除（LBP−/−）和过表达（LBPKI/KI）小鼠模型，结合HepG2细胞验证功能；③利用脂质组学、免疫共沉淀及AlphaFold结构预测解析LBP的脂质捕获活性；④探索抗氧化剂（NAC）和PRDX4互作对脂滴稳态的调控，验证治疗策略。

2.高脂细胞添加剂

LBP调控氧化应激下脂滴稳态并诱导脂肪肝机制研究（中国科学技术大学）、以及Lipopolysaccharide binding protein resists hepatic oxidative stress by regulating lipid droplet homeostasis（Nature Communications）中采用棕榈酸（钠）（Palmitic Acid）作为高脂细胞添加剂（货号KC001，Kunchuang Technology, 西安鲲创）作为游离脂肪酸（free fatty acids，FFAs）处理细胞。棕榈酸（钠）能够直接溶解在完全培养基中，具备溶剂无毒、浓度准确、常温无析出、可长期保存、无需多次加热助溶等优点，显著减少操作步骤，提升实验的稳定性。

3. HepG2细胞的氧化应激响应与LBP定位

1）氧化应激诱导LBP表达与脂滴定位（图1e, 1f） 

在HepG2细胞中，饥饿、H₂O₂或热休克等氧化应激显著上调LBP的mRNA表达（图1e），并促使LBP定位于脂滴（LDs），与脂滴标志物PLIN2共定位（图1f）。 棕榈酸（PA）处理24小时未直接诱导LBP表达（图1d），但PA诱导的脂滴与LBP共定位较少（图3e），表明LBP更倾向结合长链不饱和甘油三酯（UFA-TG）。

图1 氧化应激诱导LBP上调和LD易位

2）LBP过表达促进脂滴形成（图2d, 2e, 2f） 

过表达LBP-GFP的HepG2细胞中，Bodipy C12标记的脂滴数量及体积显著增加（图2e, 2f）。 LBP敲除（LBP⁻/⁻）小鼠原代肝细胞几乎无脂滴形成，而LBP过表达（LBPᴷᴵ/ᴷᴵ）细胞脂滴显著增大（图2d）。

图2  LBP定位于LD驱动肝脂肪变性

4. PA代谢与LBP调控

1）PA的线粒体β-氧化增强（图3f,3g）

LBP过表达显著提高PA的线粒体β-氧化效率，氧气消耗率（OCR）增加（图3f,3g），而F436L突变体（LBP功能缺失）无此效应，表明LBP的脂质捕获活性依赖其结构完整性。PA代谢通过AMPK-ACC通路促进脂质合成，并激活JNK/NF-κB炎症通路（附图2e-g,2h-k）。

2）PA与UFA-TG的代谢差异

短链饱和脂肪酸（SCSFA，如PA）易分解为酰基辅酶A，通过线粒体快速供能，减少ROS生成（正文描述）。LBP通过隔离UFA-TG至脂滴，防止其过氧化，同时促进PA分解以满足能量需求（图3h-j）。

图3 LBP与不饱和TG结合以防止脂质过氧化

4.总结

该研究通过 HepG2细胞模型和小鼠原代肝细胞揭示了LBP调控脂滴稳态的分子机制。在氧化应激（如饥饿、H₂O₂或热休克）下，HepG2细胞中LBP的mRNA表达显著上调（图1e），并通过免疫荧光共定位实验证实LBP定位于脂滴（LDs），与标志物PLIN2共定位（图1f）。棕榈酸（PA）处理的HepG2细胞中，LBP与脂滴共定位较少（图3e），表明其更倾向于结合长链不饱和甘油三酯（UFA-TG）。LBP过表达增强PA的线粒体β-氧化分解，显著提高氧气消耗率（OCR），而功能缺失突变体（如F436L）无此效应（图3f, 3g）。抗氧化剂NAC或磷脂酰胆碱（PC）通过竞争性结合LBP促使其离开脂滴，但若氧化应激未缓解，PC可能加重肝细胞损伤（图5e）。PRDX4作为氧化还原传感器，通过与LBP互作调控其在脂滴中的动态平衡：饥饿上调LBP-PRDX4互作并共定位于脂滴（图5g），而敲低PRDX4抑制LBP输出（图5h）。LBP敲除（LBP⁻/⁻）小鼠原代肝细胞几乎无脂滴形成，而过表达LBP（LBPᴷᴵ/ᴷᴵ）细胞脂滴显著增大（图2d）。这些结果揭示了LBP通过选择性捕获UFA-TG并促进其脂滴储存，同时增强PA分解供能，维持氧化还原稳态，但其过度表达或功能异常会导致脂滴蓄积和炎症反应，为脂肪肝发生提供分子基础。

小编有话说：

棕榈酸（钠）（PA）作为饱和脂肪酸的“能量担当”，在这项研究中展现了双重角色。研究发现，在氧化应激下，LBP蛋白通过增强棕榈酸（钠）的线粒体分解，大幅提升细胞供能效率，同时将易氧化的不饱和脂肪“打包”进脂滴，避免脂质过氧化损伤。这种“分工作业”机制不仅维持了肝细胞的代谢平衡，还揭示了棕榈酸（钠）（PA）在脂肪肝形成中的关键作用——它既是快速供能的“燃料”，又是LBP调控脂滴稳态的重要媒介。然而，长期高表达的LBP会导致脂滴过度蓄积，引发脂肪肝和胰岛素抵抗。这一发现为代谢性疾病治疗提供了新思路：靶向LBP活性或调控PA代谢通路，或能成为干预脂肪肝的突破口。未来，通过精准调节“能量”与“储存”的平衡，我们或许能解锁更安全的抗氧化疗法，为代谢健康保驾护航。

参考文献

Qilun Zhang Xuting Shen, Xin Yuan,et al. Lipopolysaccharide binding protein resists hepatic oxidative stress by regulating lipid droplet homeostasis [J], Nature Communications, 2024.

张启伦.LBP调控氧化应激下脂滴稳态并诱导脂肪肝的机制研究[D]，中国科学技术大学，博士论文,2024.