IF 40.8｜楊吉春/遲毓婧/王國慶/劉興凱團隊揭示RIMKLA-BHMT1軸改善肝臟脂肪變性的機制
非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)對公眾健康構(gòu)成嚴重威脅，其潛在機制尚不清楚。先前的研究利用基因重要性計算器(GIC)篩選重要基因時，預(yù)測核糖體修飾蛋白rimk樣家族成員A (RIMKLA)是一個重要基因，但其功能仍不清楚。
2024年8月8日，北大基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院楊吉春教授、北大人民醫(yī)院遲毓婧副教授聯(lián)合吉林大學(xué)王國慶教授、吉林大學(xué)第一醫(yī)院劉興凱教授團隊在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF 40.8）上在線發(fā)表了題為“Ribosomal modification protein rimK-like family member A activates betaine-homocysteine S-methyltransferase 1 to ameliorate hepatic steatosis”的文章，研究發(fā)現(xiàn)RIMKLA是一種新型蛋白激酶，可使BHMT1 Thr45位點磷酸化，從而抑制脂質(zhì)合成和攝取。在肥胖情況下，抑制RIMKLA會損害BHMT1活性，從而促進肝臟脂質(zhì)沉積，表明激活肝臟RIMKLA-BHMT1功能復(fù)合物可能是治療高同型半胱氨酸血癥和代謝紊亂的新策略。
1、肝臟RIMKLA過表達可改善肥胖小鼠的高血糖和脂肪變性
研究人員使用之前研發(fā)的基因重要性計算器(GIC)篩選重要基因時，核糖體修飾蛋白rimk樣家族成員A (RIMKLA)被預(yù)測為一個必需基因，進一步檢測發(fā)現(xiàn)RIMKLA在患有NAFLD的小鼠和人肝臟中表達降低，數(shù)據(jù)顯示RIMKLA可能在調(diào)節(jié)肝臟糖脂代謝中發(fā)揮作用。為了評估肝臟RIMKLA對糖脂代謝的作用，研究人員利用Ad-RIMKLA對HFD喂養(yǎng)3個月的小鼠進行RIMKLA過表達處理。與對照組小鼠相比，RIMKLA過表達小鼠表現(xiàn)出空腹血糖水平、葡萄糖耐受不良、肝臟葡萄糖生成和胰島素抵抗的顯著改善；RIMKLA過表達小鼠肝臟細胞質(zhì)和細胞核中RIMKLA的表達均增加，肝臟脂質(zhì)積累減輕，肝臟甘油三酯(TG)含量顯著降低，血清TG水平略有升高。此外，肝臟RIMKLA過表達降低了血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶( ALT )和谷草轉(zhuǎn)氨酶( AST )的活性。進一步在HFD喂養(yǎng)6個月的小鼠中證實了RIMKLA過表達的作用?？紤]到腺病毒轉(zhuǎn)導(dǎo)在體內(nèi)的過表達時間相對較短，使用AAV8在db/db小鼠肝臟過表達RIMKLA (AAV8-RIMKLA)研究其對糖/脂代謝的長期影響。注射AAV8-RIMKLA 后10周，db/db小鼠胰島素敏感性、葡萄糖耐受不良、肝糖生成以及空腹高血糖均有顯著改善。AAV8-RIMKLA顯著降低了db/db小鼠的肝臟脂肪含量和總脂肪體積，肝臟和血清TG含量降低?？傮w而言，急性或慢性肝臟RIMKLA過表達顯著糾正了肥胖小鼠糖脂代謝失調(diào)。
圖1. 肝臟RIMKLA過表達可改善HFD小鼠糖脂代謝失調(diào)
2、RIMKLA抑制小鼠肝臟和培養(yǎng)肝細胞中的糖異生和脂質(zhì)生成/脂質(zhì)攝取基因表達
在糖尿病小鼠肝臟中，注射Ad-或AAV8-RIMKLA可使RIMKLA蛋白水平升高約2倍。RIMKLA過表達增加小鼠肝臟中蛋白激酶B (Akt)磷酸化，降低葡萄糖6磷酸酶(G6Pase) mRNA和蛋白水平。在小鼠肝細胞和HepG2細胞中，RIMKLA過表達增加了磷酸化Akt ( pAkt )的核分布，促進了叉頭框蛋白O1 ( FOXO1 )的核排斥，并降低了G6Pase的表達。為了研究RIMKLA在脂質(zhì)代謝中的作用機制，研究人員評估了RIMKLA過表達對脂質(zhì)代謝關(guān)鍵基因mRNA水平的影響。在RIMKLA過表達后，HFD小鼠肝臟和FFA誘導(dǎo)的肝細胞中，F(xiàn)ASn(關(guān)鍵脂肪生成基因之一)和CD36(關(guān)鍵脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白之一)的mRNA水平均持續(xù)降低；同時，RIMKLA過表達降低了肥胖小鼠肝臟、人HepG2細胞和小鼠肝細胞中的FASn和CD36蛋白水平。此外，在FFAs存在的情況下，RIMKLA過表達也降低了小鼠肝細胞中FASn和CD36蛋白水平，表明RIMKLA過表達減少了FFA促進的脂質(zhì)沉積。以上數(shù)據(jù)表明，RIMKLA過表達通過抑制脂質(zhì)從頭合成和脂質(zhì)攝取改善肝臟脂質(zhì)沉積，并通過抑制FOXO1抑制糖異生。
圖2. RIMKLA過表達抑制糖異生和脂肪生成/脂質(zhì)攝取基因的表達
3、RIMKLA通過磷酸化Thr45與BHMT1相互作用并激活BHMT1
為了進一步明確RIMKLA抑制FASn和CD36表達的機制，研究人員在小鼠肝細胞中過表達含有6×His-tag的RIMKLA，然后使用IgG或抗His抗體進行免疫共沉淀(Co-IP)，檢測到BHMT1可能與其相互作用。已有研究報道BHMT1在調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝中發(fā)揮重要作用，因此進一步探討了RIMKLA是否與BHMT1相互作用以調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，并通過實驗證實了RIMKLA與BHMT1的相互作用。RIMKLA過表達對小鼠和人肝細胞BHMT1 mRNA和蛋白水平影響不大，但增加了小鼠和人肝細胞中BHMT1的Hcy-Met轉(zhuǎn)化活性，推測RIMKLA可能通過誘導(dǎo)蛋白修飾來激活BHMT1。利用不同生信預(yù)測方法發(fā)現(xiàn)蘇氨酸(Thr) 45位點和絲氨酸(Ser) 79位點是BHMT1蛋白中常見的修飾位點，通過實驗證實了RIMKLA直接磷酸化BHMT1的Thr45位點。進一步研究其作用機制，發(fā)現(xiàn)RIMKLA通過磷酸化BHMT1的Thr45位點以清除Hcy，并抑制Hcy誘導(dǎo)的AP1激活和FASn、CD36的上調(diào)，減少脂質(zhì)沉積。
圖3.RIMKLA通過磷酸化肝細胞中的Thr45位點與BHMT1相互作用并激活BHMT1
4、肝細胞特異性的RIMKLA缺失會加重HFD小鼠的HHcy、高血糖和脂肪變性
為了進一步證實RIMKLA在調(diào)節(jié)Hcy和糖/脂代謝中的作用，研究人員構(gòu)建了肝細胞特異性敲除RIMKLA的小鼠(RIMKLAhep-/-)。HFD喂養(yǎng)8-12周后，RIMKLAhep-/-小鼠表現(xiàn)出比對照組小鼠更嚴重的葡萄糖耐受不良、肝糖生成和胰島素抵抗，脂肪含量和總脂肪體積更高。此外，RIMKLAhep-/-小鼠的脂質(zhì)攝取率高于對照組小鼠。肝細胞中RIMKLA的缺失導(dǎo)致血清和肝臟中Hcy水平升高，Met水平降低；在肝臟和血清CHO水平不變的情況下，RIMKLAhep-/-小鼠的肝臟脂質(zhì)沉積更為嚴重。RIMKLAhep-/-小鼠肝臟中BHMT1的磷酸化和酶活性降低，而其蛋白水平保持不變，磷酸化的AP1、FASn和CD36表達增加。與對照小鼠肝細胞相比，培養(yǎng)的RIMKLAhep-/-小鼠肝細胞中Hcy水平、AP1磷酸化、FASn和CD36表達以及脂質(zhì)沉積增加，但被BHMT1過表達所拯救。以上表明肝細胞特異性RIMKLA缺失會加重HFD小鼠的HHcy、高血糖和脂肪變性。
圖4. 肝臟特異性敲除RIMKLA導(dǎo)致代謝紊亂加重
綜上所述，RIMKLA是一種新型蛋白激酶，能夠磷酸化BHMT1的Thr45位點，從而激活BHMT1。在肥胖狀態(tài)下，高脂血癥和高胰島素血癥抑制RIMKLA，使BHMT1活性降低，Hcy水平升高，進而激活A(yù)P1，誘導(dǎo)FASn和CD36的轉(zhuǎn)錄，刺激脂質(zhì)從頭合成和攝取。RIMKLA-BHMT1軸受損促進脂質(zhì)和Hcy代謝紊亂之間的惡性循環(huán)，從而觸發(fā)NAFLD和糖尿病的發(fā)生和發(fā)展。本研究表明激活肝臟RIMKLA-BHMT1功能復(fù)合物可能是治療HHcy和代謝紊亂的新策略。
