抑制外周血清素通过激活肝脏AMPK通路减少单核细胞源性巨噬细胞浸润改善肝纤维化

《Cell Reports》：Inhibiting peripheral serotonin activates liver AMPK and reduces monocyte-derived macrophages and fibrosis

本刊推荐：为解决代谢功能障碍相关脂肪性肝炎(MASH)及肝纤维化防治难题，Batchuluun等研究人员开展外周血清素(pe5HT)调控肝纤维化机制研究。发现抑制色氨酸羟化酶1(Tph1)可激活肝脏AMPK，降低CCL2水平，减少Ly6Chigh单核细胞浸润和单核细胞源性库弗细胞(moKCs)形成，从而改善纤维化。该研究揭示pe5HT-AMPK-CCL2信号轴在肝纤维化中的关键作用，为MASH治疗提供新靶点。

　　

随着全球肥胖患病率的持续攀升，代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MASLD，原名非酒精性脂肪性肝病NAFLD)已成为最常见的慢性肝脏疾病，影响约30%的成年人群体。这种疾病谱从单纯的肝脏脂肪变性（脂肪肝）可进展为更严重的代谢功能障碍相关脂肪性肝炎(MASH)，其特征是肝脏炎症和纤维化。尤其值得关注的是，肝纤维化的严重程度是预测临床结局的重要指标，但目前针对MASH和肝纤维化的有效治疗方法仍然有限。

在MASH的发病机制中，肝脏巨噬细胞扮演着关键角色。肝脏内存在多种巨噬细胞群体，包括定居的库弗细胞(ResKCs)和单核细胞源性巨噬细胞。近年研究发现，在MASLD和MASH病程中，ResKCs会逐渐丢失，并被单核细胞源性巨噬细胞所替代。这些单核细胞源性巨噬细胞可分化成单核细胞源性库弗细胞(moKCs)或脂质相关巨噬细胞(LAMs)，其中moKCs与纤维化的发生发展密切相关。因此，深入探究单核细胞向肝脏募集的调控机制，对于预防MASH的发生和进展具有重要意义。

血清素(5-羟色胺，5HT)作为一种古老的能量感受器，最初在植物中进化产生，通过将光合作用驱动的色氨酸生产与生长、应激防御和昼夜节律联系起来，在早期细胞能量管理中发挥关键作用。在哺乳动物中，血清素的产生分别由色氨酸羟化酶1(Tph1)在外周组织和Tph2在中枢神经系统中的表达所调控。重要的是，外周血清素(pe5HT)在肥胖啮齿类和人类中均升高，且Tph1的遗传变异与肥胖指标相关。先前研究表明，pe5HT通过抑制棕色脂肪组织(BAT)和米色脂肪组织的产热作用促进肥胖发展，但其在MASH和肝纤维化中的免疫调节作用尚不清楚。

为了更准确地模拟人类代谢疾病的发展，本研究采用了一种新型小鼠模型，将小鼠饲养在热中性温度（约29°C）并喂食高脂高果糖饮食6个月，这一模型能更好地重现人类MASH的代谢、病理和转录特征。在此模型基础上，研究人员探索了pe5HT在MASH和肝纤维化发展中的作用。

主要关键技术方法包括：建立Tph1基因敲除(KO)小鼠模型，采用热中性环境饲养和高脂高果糖饮食诱导MASH；通过流式细胞术分析肝脏和血液中免疫细胞群体；运用单核RNA测序(snRNA-seq)技术解析肝脏细胞异质性；利用原代肝细胞培养研究5HT对AMPK信号通路的直接作用；通过腺相关病毒(AAV)介导的基因敲除技术构建肝细胞特异性AMPKβ1β2敲除小鼠模型。

遗传抑制Tph1可在不影响体重和能量消耗的情况下预防MASLD/MASH

研究发现，与室温饲养相比，热中性饲养增加了Tph1表达并升高了血浆血清素水平。当将野生型(WT)和Tph1KO小鼠置于热中性环境并喂食高脂饮食(HFD)8周后，Tph1KO小鼠的全血和血小板游离血浆中的5HT水平均降低。重要的是，与室温饲养不同，热中性条件下抑制Tph1不影响体重、脂肪量或能量消耗，BAT产热作用也无差异。尽管如此，Tph1KO小鼠仍表现出胰岛素耐受性改善、肝脏脂肪变性减轻以及脂肪酸代谢、炎症和纤维化相关基因表达下降。这些结果表明，pe5HT可能通过独立于体重和BAT产热的机制促进MASLD/MASH。

为进一步研究pe5HT在MASH发展中的作用，研究人员使用热中性饲养和高脂高果糖饮食模型进行了长达6个月的研究。结果显示，尽管体重和肥胖程度相当，但抑制pe5HT合成显著改善了胰岛素敏感性，并降低了MASLD活动度评分，包括肝脏脂肪变性、肝细胞气球样变和小叶炎症。此外，pe5HT抑制还显著降低了血浆丙氨酸氨基转移酶(ALT)、肝脏纤维化面积和肝星状细胞活化标志物的表达，表明减少pe5HT可独立于体重和肥胖差异改善MASH和纤维化。

pe5HT减少可降低Ly6C^high单核细胞和moKCs的选择性募集

通过流式细胞术分析发现，Tph1KO小鼠肝脏中单核细胞源性库弗细胞(moKCs)和促炎性Ly6C^high单核细胞的百分比和数量均减少，而定居库弗细胞(ResKCs)无变化。相关性分析显示，肝脏纤维化面积与moKCs和Ly6C^high促炎性单核细胞呈正相关。单核RNA测序进一步揭示，Tph1KO小鼠肝脏中LAMs、LAM样KCs、moKCs和Ly6C^high单核细胞均减少，而ResKCs更为丰富。这些数据表明，Tph1缺失可减少Ly6C^high单核细胞向肝脏的募集，进而降低各种单核细胞源性巨噬细胞群体的 prevalence，这与纤维化的减轻相关。

抑制pe5HT可减少循环血液单核细胞

研究发现，喂食MASH饮食6个月后，Tph1KO小鼠循环总单核细胞和Ly6C^high单核细胞减少，而Ly6C^low单核细胞无变化。这一效应不依赖于肥胖、热中性或高脂高果糖饮食，因为在室温喂食普通饲料的小鼠中，Tph1基因缺失同样导致循环总单核细胞和Ly6C^high单核细胞减少。给予单次5HT腹腔注射可增加总循环单核细胞和Ly6C^high单核细胞，但不影响Ly6C^low单核细胞。重要的是，骨髓单核细胞在WT和Tph1KO小鼠间无差异，表明肝脏单核细胞的减少与血清素促进循环单核细胞直接相关，而非骨髓单核细胞产生的变化。

pe5HT抑制肝脏AMPK，这对于促进CCL2和单核细胞释放入血至关重要

Ly6C^high单核细胞被趋化因子CCL2（也称为MCP1）招募到肝脏。研究发现，Tph1KO小鼠血浆CCL2水平降低，且血浆CCL2与肝脏纤维化面积呈正相关。机制上，pe5HT可能通过抑制肝脏AMP活化蛋白激酶(AMPK)活性来调控CCL2产生。与原代肝细胞实验证实，5HT处理降低了AMPK Thr172和乙酰辅酶A羧化酶(ACC) Ser79的磷酸化，同时增加了AMPK Ser485和蛋白激酶A(PKA)的磷酸化，表明5HT通过激活PKA进而磷酸化AMPKα1 Ser485来抑制AMPK活性。

为验证pe5HT招募循环单核细胞是否需要AMPK，研究人员给WT和Tph1KO小鼠注射AMPK抑制剂SBI-0206965。结果显示，AMPK抑制剂完全逆转了Tph1KO小鼠中观察到的循环单核细胞池减少。此外，在肝细胞特异性AMPKβ1β2敲除(hAMPKβ1β2 KO)小鼠中，5HT注射增加总单核细胞和Ly6C^high促炎单核细胞以及血浆CCL2的效应被阻断。这些发现表明，抑制肝细胞AMPK对于5HT诱导的CCL2增加和循环Ly6C^high单核细胞至关重要。

本研究揭示了一个新颖的信号回路，将两种古老的能量感受器5HT和AMPK联系起来。研究结果表明，肥胖状态下升高的pe5HT会抑制肝脏AMPK活性，导致血浆CCL2水平升高，促进Ly6C^high促炎单核细胞的释放和向肝脏的迁移。遗传删除Tph1可逆转这些效应，改善肝脏病理，减少循环单核细胞和单核细胞源性肝脏巨噬细胞，且这些作用独立于体重和肥胖变化。这些数据强调了Tph1-5HT-AMPK-CCL2信号通路在连接营养可用性与MASH和纤维化中的重要作用，为针对该通路的治疗剂开发提供了理论支持。

研究的局限性在于主要关注pe5HT对肝纤维化的直接作用，未来研究需要进一步明确肝脏AMPK降低如何通过释放CCL2调控单核细胞从骨髓中释放的具体机制。此外，计划在后续工作中使用WT和Tph1KO小鼠重复5HT给药实验，并在热中性疾病环境下应用AMPK功能丧失模型，以更明确地确立肝脏AMPK在MASH中的免疫调节作用。