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Cell 子刊 | 安徽医科大学重磅研究：骨髓β-arrestin 2通过调节巨噬细胞代谢重编程减轻代谢功能障碍相关脂肪肝炎
Highlights
1. β-arrestin 2在MASLD患者肝脏巨噬细胞中的表达增加
2. 髓系β-arrestin 2耗竭减轻小鼠MASH
3. β-arrestin 2促进巨噬细胞M1极化
4. β-arrestin 2耗竭提高了巨噬细胞中衣康酸盐的产生
近日，“Cell Metabolism”（IF=27.7）上发表了一篇题为“Myeloid beta-arrestin 2 depletion attenuates metabolic dysfunction-associated steatohepatitis via the metabolic reprogramming of macrophages”的文章。这篇文章探讨了骨髓β-arrestin 2在代谢功能障碍相关脂肪肝炎中的作用，并揭示了其通过调节巨噬细胞的代谢重编程来减轻MASH的潜在机制。
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研究背景介绍
β-arrestin（由Arrb2编码）是一种多功能的适配蛋白，参与多种细胞信号传导过程，尤其在免疫细胞如巨噬细胞中发挥作用。它通过促进受体的泛素化和内化，调节免疫和代谢反应。
代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASH）是一种进展性疾病，特征是持续的肝脏损伤、炎症和纤维化，与肥胖、糖尿病和代谢综合征等代谢功能障碍相关。
研究思路分析
研究技术路线图
01疾病模型与基因敲除小鼠的研究
①将小鼠分为野生型(WT)和Arrb2-KO组，并喂养高脂饮食(HFD)或正常饮食24周。Arrb2-KO小鼠在HFD喂养后体重增加较少，并且白色脂肪组织(WAT)含量显著降低。此外，HFD喂养的Arrb2-KO小鼠肝脏重量和脂质含量均低于WT小鼠。表明，β-arrestin 2的缺乏可以减轻饮食诱导的肝脏脂肪变性。
②研究进一步发现Arrb2-KO小鼠在HFD、蛋氨酸胆碱缺乏症（MCD）饮食或高脂肪高胆固醇（HFHC）饮食模型中肝脏损伤程度较轻，血清ALT和AST水平较低，炎症细胞浸润减少，肝脏纤维化程度也较轻。表明，β-arrestin 2的缺乏可以减轻饮食诱导的肝脏炎症和纤维化。
③研究发现，肝细胞中β-arrestin 2的减少并不显著影响MASLD的发展。单细胞RNA测序发现，巨噬细胞中Arrb2的表达远高于肝细胞。此外，与MASH患者相比，健康对照组的肝脏巨噬细胞中β-arrestin 2的表达显著增加。
④构建髓系特异性Arrb2敲除小鼠，并给予HFHC饮食或MCD饮食。结果显示，这些小鼠在饮食诱导的MASH中表现出较轻的症状，如肝脏重量、肝脏甘油三酯含量、脂肪变性、血清ALT和AST水平、肝细胞凋亡和纤维化程度均有所降低。此外，肝脏巨噬细胞的数量也减少了。表明，巨噬细胞中的β-arrestin 2在饮食诱导的MASH中起着致病作用，而肝细胞中的β-arrestin 2则不然。
⑤研究发现，全局性或髓系敲除Arrb2基因的小鼠对饮食诱导的MASH具有抵抗力，肝脏巨噬细胞含量显著减少。测序分析发现，Arrb2-KO小鼠的肝脏巨噬细胞中炎症性白细胞介素基因表达显著下调，且在MCD饮食喂养下，肝脏巨噬细胞（MDMs）的M1极化减少。进一步的研究显示，Arrb2-KO的骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）和腹膜巨噬细胞（MPMs）在LPS和IFN-γ或IL-4刺激下，M1极化的能力降低，而M2极化的能力增强。表明髓系β-arrestin 2的缺乏通过影响M1/M2分化，减轻了巨噬细胞的促炎反应。
02巨噬细胞功能与代谢重编程
①研究发现，在MCD饮食喂养的Arrb2-KO和WT小鼠分离的肝脏巨噬细胞的条件培养基中，发现促炎细胞因子减少，而抗炎细胞因子增加。而Arrb2-KO小鼠或WT小鼠的肝脏巨噬细胞的条件培养基培养的原代肝细胞显示，Arrb2-KO肝细胞脂肪生成基因显著减少，而脂肪分解基因增加。使用重组IL-1β或IL-10中和抗体处理肝细胞，增强了肝细胞的脂肪生成能力。表明，在全局性Arrb2-KO小鼠中，巨噬细胞Arrb2的缺失导致促炎细胞因子的分泌减少，从而缓解了M1型巨噬细胞的极化和肝细胞的脂质积累。
②对小鼠的肝脏巨噬细胞进行KEGG富集分析，发现代谢途径相关基因最为丰富。基因集富集分析进一步揭示了在Arrb2-KO小鼠的肝脏巨噬细胞中，线粒体氧化磷酸化途径基因高度富集。Arrb2-KO小鼠的肝脏巨噬细胞显示氧气消耗率显著增加，而细胞外酸化率显著降低，表明β-arrestin 2可能抑制OXPHOS但增强糖酵解，从而促进巨噬细胞M1型的极化。
③Arrb2-KO小鼠的肝脏巨噬细胞中琥珀酸脱氢酶（SDH）活性显著下降，mtROS水平降低。表明β-arrestin 2介导了MASH进展过程中巨噬细胞的代谢重编程，从而增强了肝脏巨噬细胞中的炎症反应。
④研究发现β-arrestin 2并不直接与SDH结合来调节其活性。在Arrb2-KO小鼠的肝巨噬细胞中，抗炎代谢物衣康酸和琥珀酸的水平升高，而IRG1的表达也显著增加。通过沉默Irg1的表达，可以逆转Arrb2-KO BMDMs中观察到的表型。在Arrb2-KO小鼠中进一步敲除Irg1基因，可以减少肝脏巨噬细胞中衣康酸水平，同时增加SDH活性、mtROS和M1型极化，这抵消了Arrb2基因敲除小鼠的保护表型，并导致严重的肝脏脂肪变性、损伤和纤维化。
03分子机制与临床相关性
①尽管Arrb2-KO小鼠的肝巨噬细胞中IRG1的蛋白质水平增加，但其mRNA表达与WT小鼠相当。使用环己酰亚胺（CHX）处理肝巨噬细胞后，发现β-arrestin 2的缺失延长了IRG1蛋白的半衰期。因此推测β-arrestin 2通过蛋白质降解途径调节IRG1水平。
②β-arrestin 2已知可作为适配器启动E3泛素连接酶的招募，促进与β-arrestin 2结合的底物的泛素化。研究发现，在野生型小鼠的肝巨噬细胞中，β-arrestin 2与IRG1相互作用，并且在Arrb2-KO小鼠的肝巨噬细胞中，IRG1的内源性泛素化水平降低。表明β-arrestin 2通过依赖泛素化的途径抑制IRG1的水平。
③研究证实β-arrestin 2在代谢重编程中起作用，并在人类巨噬细胞中验证了其介导的代谢途径。发现沉默β-arrestin 2会增加衣康酸产生并减少炎症，与小鼠数据相符。MASLD患者单核细胞中ARRB2 mRNA水平升高，与肝脂肪变性和炎症标志物水平相关，且与单核细胞数量正相关，而与IRG1蛋白水平负相关。
图1.全局β-arrestin 2缺乏缓解饮食诱导的MASH
图2.β-arrestin 2在MASLD患者和小鼠肝脏巨噬细胞中的表达显著增加
图3.Arrb2f/fLyz2Cre小鼠对饮食诱导的MASH更具抵抗力
图4.巨噬细胞中β-arrestin 2的缺乏阻断了M1极化
图5.β-arrestin 2调节巨噬细胞的代谢重编程
图6.β-arrestin 2的缺乏通过抑制IRG1泛素化促进炎性巨噬细胞中衣康酸盐的产生，从而减少M1极化并最终缓解MASH
图7.β-arrestin 2介导hMDM中的代谢重编程，并在MASLD患者的循环单核细胞中升高
结论与讨论
本文发现β-arrestin 2在调节肝脏巨噬细胞的代谢重编程和炎症反应中起着关键作用。在MASH小鼠模型中，β-arrestin 2的缺失减少了肝脏巨噬细胞的M1型极化，降低了炎症细胞因子的分泌，并减轻了肝脏的脂肪变性和纤维化。此外，在人类中，MASLD患者的循环单核细胞中ARRB2 mRNA水平升高，与疾病的严重程度呈正相关。
在未来，研究需要进一步探索β-arrestin 2促进IRG1泛素化的特异性E3泛素连接酶。此外，研究β-arrestin 2在人类肝脏巨噬细胞中调节IRG1/itaconate-SDH信号通路的机制，以及工程化巨噬细胞作为MASLD潜在细胞疗法的可能性，也是未来研究的重要方向。