《Biomolecules》：Hepatocyte-Specific Deletion of Betaine-Homocysteine Methyltransferase Disrupts Methionine Metabolism and Promotes the Spontaneous Development of Hepatic Steatosis
Ramachandran Rajamanickam,
Sathish Kumar Perumal,
Ramesh Bellamkonda,
Sundararajan Mahalingam,
Kurt W. Fisher,
Rolen Quadros,
Channabasavaiah B. Gurumurthy,
Madan Kumar Arumugam,
Karuna Rasineni and
Kusum K. Kharbanda
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为探究肝脏特异性缺失甜菜碱-同型半胱氨酸甲基转移酶(BHMT)如何影响肝脏稳态，研究人员利用条件性基因敲除小鼠模型，揭示了BHMT缺失通过降低甲基化潜能(即S-腺苷甲硫氨酸(SAM):S-腺苷同型半胱氨酸(SAH)比值)，引发自发性肝脏脂肪变性、溶酶体/蛋白酶体功能障碍以及早期炎症和纤维化改变。这项研究证实BHMT是肝脏代谢平衡的关键调节因子，为相关肝病的治疗提供了潜在靶点。
想象一下，人体内有一个精密运转的“化工厂”——肝脏，它负责处理营养物质、解毒并维持新陈代谢的平衡。其中，甲硫氨酸代谢是保证这座“工厂”正常运转的核心生产线之一，超过85%的人体甲基化反应在此发生。甲基化就像为各种生命活动“盖章”授权，对基因表达调控、蛋白质功能和脂肪代谢等都至关重要。在这个复杂的过程中，一种名为甜菜碱-同型半胱氨酸甲基转移酶(Betaine-Homocysteine Methyltransferase, BHMT)的“关键工人”扮演了不可或缺的角色。它利用甜菜碱，高效地将潜在有毒物质同型半胱氨酸(Homocysteine, Hcy)转化为必需氨基酸甲硫氨酸，同时再生出重要的甲基供体S-腺苷甲硫氨酸(S-Adenosylmethionine, SAM)，并清除其抑制剂S-腺苷同型半胱氨酸(S-Adenosylhomocysteine, SAH)，从而维持健康的甲基化潜能(SAM:SAH比值)。一旦这个“关键工人”缺失，代谢平衡就可能被打破，进而引发一系列肝脏问题。
尽管先前的研究已暗示BHMT在酒精性和代谢功能障碍相关脂肪性肝病中具有保护作用，但其在肝脏稳态中的确切作用和具体机制，尤其是在肝细胞内的特异性功能，仍不清楚。先前使用全身性BHMT敲除小鼠的研究无法区分肝脏特异性缺陷与其他器官（如脂肪、肠道）相互作用的复杂影响。为了精准揭示肝细胞内BHMT缺失的直接后果，明确其在预防自发性肝损伤中的核心地位，并探索其作为治疗靶点的潜力，研究团队在《Biomolecules》期刊上发表了他们的最新成果。
本研究采用了几项关键技术方法。首先，研究人员运用Easi-CRISPR基因编辑技术，构建了BHMT基因第2外显子被“LoxP”位点 flanked的条件性敲除（Floxed）小鼠。随后，通过与肝脏特异性表达Cre重组酶的Albumin Cre小鼠杂交，成功获得了肝细胞特异性BHMT敲除(BHMT LKO)小鼠模型。研究主体使用6月龄、饲喂标准饲料的BHMT floxed和LKO小鼠（雌雄各半）的肝脏组织，通过组织病理学（H&E和天狼星红染色）、生物化学（检测肝甘油三酯、SAM、SAH、TBARS、ROS、溶酶体及蛋白酶体酶活性等）和分子生物学（Western blot、实时荧光定量PCR、免疫荧光等）分析进行系统表征。
3.1. BHMT LKO 表型
通过mRNA表达、蛋白印迹和酶活性检测，证实BHMT LKO小鼠肝脏中的BHMT表达和活性完全缺失，而甲硫氨酸合酶(Methionine Synthase, MS)水平无显著变化，成功构建了有效的肝脏特异性敲除模型。
3.2. 肝细胞特异性缺失BHMT促进自发性肝脏脂肪变性
与同窝对照的floxed小鼠相比，BHMT LKO小鼠表现出明显的肝脏重量增加和肝脏体重比升高。组织学分析（H&E染色）显示，LKO小鼠肝脏中存在大量脂滴积累。生化检测证实，其肝脏甘油三酯水平显著升高，血清丙氨酸氨基转移酶(ALT)水平也相应上升。机制上，LKO小鼠肝脏的甲基化潜能（SAM:SAH比值）严重下降，这主要源于SAH水平升高了5-7倍，而SAM水平降低了33-50%。脂质处理相关基因的表达也发生改变，脂肪酸转运蛋白CD36的mRNA和蛋白水平在雌雄LKO小鼠中均显著上调，而脂滴相关蛋白CIDEC的mRNA在雄性LKO小鼠中上调。
3.3. 肝细胞特异性缺失BHMT促进肝功能失调
BHMT缺失影响了细胞器的功能。关键的溶酶体酶——溶酶体酸性脂肪酶(Lysosomal Acid Lipase, LAL)以及组织蛋白酶B(Cathepsin B)和组织蛋白酶L(Cathepsin L)的活性在LKO小鼠肝脏中均显著降低，表明溶酶体脂质降解和蛋白质周转功能受损。
3.4. 肝细胞特异性缺失BHMT的小鼠表现出更高的氧化应激
BHMT LKO小鼠肝脏的氧化应激水平显著升高。硫代巴比妥酸反应物(Thiobarbituric Acid Reactive Substances, TBARS)和活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)水平均增加。蛋白印迹分析进一步显示，脂质过氧化产物如丙二醛(Malondialdehyde, MDA)和4-羟基壬烯醛(4-Hydroxynonenal, 4-HNE)的蛋白质加合物水平上升。此外，蛋白酶体的胰蛋白酶样(Trypsin-like)活性在LKO小鼠中降低，而糜蛋白酶样(Chymotrypsin-like)活性无变化，表明蛋白质降解系统也受到影响。
3.5. 肝细胞特异性缺失BHMT促进肝脏早期炎症和纤维化改变
免疫荧光染色显示，BHMT LKO小鼠肝脏中巨噬细胞标志物CD68阳性的细胞数量显著增加。同时，促炎因子白细胞介素1β(Interleukin-1β, IL-1β)的蛋白表达也上调，表明出现了早期炎症反应。天狼星红染色揭示了LKO小鼠肝脏中存在中度增加的胶原沉积。与此一致，肝星状细胞活化标志物α-平滑肌肌动蛋白(α-Smooth Muscle Actin, α-SMA)和胶原蛋白II(Collagen II)的表达也适度增加，这些都指向了早期纤维化的形成。
综合研究结果与讨论，本研究得出结论：肝细胞特异性缺失BHMT会破坏肝脏的一碳代谢，导致甲基化潜能（SAM:SAH比值）显著降低。这一核心代谢紊乱进而引发了一系列连锁病理反应：包括肝脏脂质异常积累（脂肪变性）、溶酶体和蛋白酶体功能受损、氧化应激加剧，并最终导向早期炎症和纤维化改变。这些发现首次在肝细胞特异性敲除模型中系统阐述了BHMT缺失如何自发地、逐步地驱动肝脏损伤的进程。
这项研究的重要意义在于，它明确了肝脏自身（而非其他器官）的BHMT功能在维持肝脏代谢稳态中的核心且不可替代的作用。研究揭示了甲基化潜能降低是连接BHMT缺失与多重肝脏病理（脂代谢紊乱、细胞器功能障碍、氧化应激、炎症纤维化）的关键分子枢纽。这为理解包括酒精性肝病和代谢功能障碍相关脂肪性肝病在内的多种肝病的发病机制提供了新的视角，并将BHMT确立为一个有潜力的治疗靶点。通过补充甜菜碱或开发其他靶向增强BHMT活性或甲基化潜能的策略，可能为预防或治疗由甲基化代谢失衡引发的肝脏疾病开辟新的治疗途径。
