肝星状细胞（HSCs）中质膜囊泡相关蛋白（PLVAP）对肝脏禁食代谢的调控作用

本文揭示肝星状细胞（HSCs）表达的质膜囊泡相关蛋白（PLVAP）在肝脏禁食代谢中的关键作用，为代谢研究提供新视角。

　　### 研究背景
肝细胞和非实质细胞共同维持肝脏功能，包括代谢和稳态过程。肝脏在禁食期间对脂肪酸的正常利用至关重要，但肝细胞对非酯化脂肪酸（NEFAs）的摄取和保留机制尚不完全清楚。质膜囊泡相关蛋白（PLVAP）在维持微血管完整性方面有重要作用，此前研究多集中于其在血管内皮细胞的功能，而对其在肝脏非内皮细胞中的功能知之甚少。本研究通过对小鼠进行细胞类型特异性的基因敲除实验，探究 HSCs 中 PLVAP 在肝脏禁食代谢中的作用。

HSC Plvap基因敲除小鼠的肝脏组织学特征

研究人员通过单分子 RNA 荧光原位杂交（smFISH）和免疫荧光（IF）技术，发现小鼠肝脏中^Plvap mRNA 在肝星状细胞（HSCs）中富集，而非以往认为的内皮细胞特异性表达。为研究 HSCs 中 PLVAP 的功能，他们构建了 HSCs 特异性敲除^Plvap基因的小鼠模型（^PlvapHSC-KO）。结果显示，^PlvapHSC-KO小鼠出生比例符合孟德尔遗传定律，体重增长与对照组相似，肝脏组织学检查未发现明显异常，血清蛋白水平也无显著差异，表明 HSCs 特异性敲除 PLVAP 不影响肝脏的基本结构和血清蛋白稳态。

HSC PLVAP 对肝脏禁食反应的必要性

对禁食 12 小时的^PlvapHSC-KO和对照小鼠肝脏进行 RNA 测序，发现 425 个差异表达基因（DEGs），许多与脂肪酸利用及其调控相关。^Plvap基因敲除导致过氧化物酶体增殖物激活受体 α（PPARα）靶基因显著抑制，影响肝脏脂肪酸储存、线粒体和过氧化物酶体 β - 氧化以及 ω - 氧化。同时，血浆载体蛋白^Alb和^Afm转录上调，但血清^ALB水平未升高，肝因子^Gdf15强烈诱导。重新喂食实验表明，^PlvapHSC-KO小鼠在重新喂食后脂质处理和代谢的改变不如禁食时明显。这说明 HSC PLVAP 对肝脏适应禁食至关重要，且其缺失导致的脂质代谢变化在重新喂食后部分恢复。

HSC PLVAP 缺失对肝脏禁食适应的区域特异性影响

脂质代谢在肝脏小叶中呈区域化分布。通过单细胞核 RNA 测序（snRNA - seq），研究人员发现 HSC PLVAP 缺失导致肝细胞中参与脂肪酸利用和酮体生成的基因在中央周围和门静脉周围肝细胞中均受到抑制，同时影响了甘油生成和脂肪酸酯化。此外，还观察到区域特异性变化，如门静脉周围肝细胞中^{de novo}脂肪生成相关基因表达改变，血浆载体蛋白基因在门静脉周围肝细胞中诱导最强。这些结果在单细胞分辨率下证实了 HSC PLVAP 缺失对肝细胞脂肪酸处理程序的破坏，并揭示了基因表达的区域化改变。

HSC PLVAP 在禁食期间肝脏脂肪酸正常利用中的作用

代谢笼间接测热法显示，禁食的^PlvapHSC-KO小鼠呼吸交换比增加，表明其能量来源从脂肪酸转向碳水化合物，同时循环 β - 羟基丁酸水平降低。肝脏脂质分析发现，^PlvapHSC-KO小鼠肝脏中性脂质减少，特别是甘油三酯（TAGs）和二酰甘油（DAGs），而磷脂和鞘磷脂增加。在骨骼肌中，^PlvapHSC-KO小鼠脂质积累增加。注射荧光标记脂肪酸实验表明，^PlvapHSC-KO小鼠肝脏对脂肪酸的摄取和储存受损。这些结果表明，HSC PLVAP 对禁食期间肝脏脂肪酸的正常利用不可或缺，其缺失导致肝脏脂肪酸利用障碍，脂肪酸重新分布到骨骼肌。

HSC PLVAP 缺失对葡萄糖耐受和肝脏胰岛素信号的影响

^PlvapHSC-KO小鼠在禁食状态下葡萄糖清除能力增强，葡萄糖耐受性提高，肝脏糖原含量有升高趋势。进一步研究发现，^PlvapHSC-KO小鼠肝脏胰岛素受体底物 AKT 在 Ser473 位点的磷酸化水平升高，表明胰岛素信号增强，同时肝脏中丙酮酸脱氢酶激酶 4（PDK4）蛋白水平显著降低。使用胰岛素受体拮抗剂 S961 阻断胰岛素信号后，^PlvapHSC-KO小鼠肝脏脂质滴形成部分恢复。这表明 HSC PLVAP 缺失增强了肝脏胰岛素信号，改变了禁食代谢，使能量底物偏好从脂肪酸转向碳水化合物。

HSC PLVAP 与肝脏窦周 caveolae 的关联

通过扫描和透射电子显微镜以及超分辨率受激发射损耗（STED）显微镜技术，研究人员发现 HSC PLVAP 与 caveolae 蛋白 CAV1 和 CAVIN1 共定位，主要分布在肝窦周围。这表明 HSC PLVAP 可能通过与 caveolae 相互作用，调节肝脏代谢。此外，对全身^Cav1基因敲除小鼠的研究发现，其肝脏基因表达变化与^PlvapHSC-KO小鼠相似，进一步支持了 PLVAP 与 caveolae 在肝脏代谢调控中相互关联的观点。

研究讨论

本研究首次揭示了 HSCs 中 PLVAP 在肝脏脂肪酸利用中的重要作用，以及其在非内皮细胞中的新功能。与全身^Plvap基因敲除小鼠不同，^PlvapHSC-KO小鼠未出现微血管完整性破坏等严重表型，但在禁食代谢方面表现出明显变化。HSC PLVAP 可能通过调节 caveolae 功能，影响 HSC - 肝细胞间的信号交流，进而调控肝细胞胰岛素信号和脂质代谢。然而，HSC PLVAP 调节脂质滴动态的具体机制尚不清楚，未来研究需要进一步明确其分子机制以及在其他生理和病理状态下的作用。

研究局限性

本研究使用^Lrat-^Cre驱动构建 HSCs 特异性敲除模型，该驱动可能在其他组织或发育过程中有活性，影响研究结果。此外，目前尚不清楚^Plvap在 HSCs 中首次表达的时间，也不确定 HSC PLVAP 对肝细胞功能的影响是直接作用还是通过其他细胞类型介导。并且，本研究仅使用了雄性小鼠，结果可能存在性别差异。

研究意义

本研究为理解肝脏代谢调控提供了新的视角，揭示了 HSCs 和 PLVAP 在肝脏禁食代谢中的关键作用。这对于深入研究胰岛素作用、能量底物偏好以及代谢性疾病的发病机制具有重要意义，可能为相关疾病的治疗提供新的潜在靶点和理论依据。