非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)是一种与胰岛素抵抗、肥胖、糖尿病及血脂异常等代谢综合征相关的肝脏疾病，目前尚无有效治疗手段。不对称二甲基精氨酸(ADMA)及其代谢酶二甲基精氨酸二甲氨基水解酶1 (DDAH1)被认为通过调节一氧化氮合酶活性参与NAFLD的发病机制。最近的研究表明Ddah1缺失可加重HFD诱导的肝脂肪变性和胰岛素抵抗。然而，DDAH1在肝细胞中的具体功能机制仍然未知。
2023年5月，中国科学院大学陆忠兵教授研究团队在ACTA PHARM SIN B（IF14.903）上发表题为“Hepatic DDAH1 mitigates hepatic steatosis and insulin resistance in obese mice:Involvement of reduced S100A11 expression”的研究论文。文章指出，肝细胞DDAH1通过抑制NF-κB和ROS下调S100A11的表达，从而改善肥胖小鼠肝脏脂肪变性，提示靶向DDAH1/S100A11轴可能是治疗非酒精性脂肪肝的有效策略。
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基因信息
DDAH1:二甲基精氨酸二甲胺水解酶1
S100a11:S100钙结合蛋白A11
病毒产品
AAV8-TBG-hDDAH1、AAV8-His；
AAV8-shS100a11、AAV8-GFP；
病毒用量
1.1×1012 vg/mouse
注射方式
尾静脉注射
检测时间
注射后4周
01研究结果
1、DDAH1在NAFLD发生发展中发挥重要保护作用
为了阐明肝脏DDAH1在NAFLD发病机制中的作用，作者使用肝细胞特异性DDAH1敲除小鼠(Ddah1HKO)探究HFD诱导的NAFLD进展。与对照Ddah1f/f小鼠相比，Ddah1HKO小鼠血清ADMA水平更高，且表现出更严重的肝脏脂肪变性和胰岛素抵抗。相反，DDAH1转基因小鼠(DDAH1-TG)经HFD饲喂后，血清ADMA、空腹血糖和胰岛素水平明显低于对照WT小鼠；OGTT和ITTs数据显示，DDAH1过表达可减轻HFD诱导的葡萄糖代谢异常和胰岛素抵抗。此外，DDAH1过表达导致HFD喂养小鼠肝脏脂肪变性和超氧化物产生减少。
图1. DDAH1过表达减轻了HFD喂养小鼠的肝功能障碍、肝脂肪变性、胰岛素抵抗和氧化应激
2、肝细胞特异性过表达DDAH1可减轻ob/ob小鼠的胰岛素抵抗、肝脏脂肪变性和氧化应激
为进一步证实肝细胞特异性过表达DDAH1可以缓解NAFLD，作者通过尾静脉注射AAV8-DDAH1治疗ob/ob小鼠。数据显示，肝细胞DDAH1过表达降低血清ADMA、AST、ALT、TG、TC、胰岛素及血糖水平，同时也降低了ob/ob小鼠肝脏TG、TC、4-HNE和3 '-NT水平。OGTT和ITT结果显示，DDAH1过表达不影响葡萄糖代谢，但增加了ob/ob小鼠的胰岛素敏感性。肝脏切片的组织病理学分析显示，DDAH1过表达可改善ob/ob小鼠的肝损伤、肝脂肪变性和超氧化物的产生；Western blot分析显示，注射AAV8-DDAH1可使肝脏DDAH1表达增加约60%，并显著降低FAS、CD36、PPARγ和CIDEA蛋白表达。
图2. DDAH1过表达可改善ob/ob小鼠的肝脏脂肪变性和氧化应激
3、肝细胞DDAH1通过NF-κB、JNK和氧化应激依赖方式调控S100A11
RNA测序分析发现DDAH1调节肥胖小鼠肝脏中的NF-κB信号传导、脂质代谢和免疫系统过程基因表达，进一步研究显示脂质代谢相关基因S100A11的表达与DDAH1呈负相关，已知S100A11是肝细胞癌炎症反应的诱导剂，作者猜测S100A11可能受NF-κB调控，这一假设通过荧光素酶报告基因检测实验得到证实。据报道，当DDAH1的His173或Cys274突变为丙氨酸时，其酶活性会丧失，结果显示DDAH1的H173A/C274A突变会减弱DDAH1过表达造成的S100A11水平降低。机制上的进一步研究发现，肝细胞中的DDAH1通过NF-κB、JNK和氧化应激依赖方式调控S100A11。
图3. DDAH1调节S100A11在脂肪肝和肝细胞中的表达
4、敲低S100a11可减轻HFD喂养的Ddah1HKO小鼠的肝脏脂肪变性、胰岛素抵抗和氧化应激
为证实S100A11参与了DDAH1对脂质代谢的调节作用，作者通过尾静脉注射AAV8-shS100a11，对HFD喂养小鼠肝脏中的S100A11进行了基因干扰。S100a11沉默可增加HFD喂养的Ddah1f/f和Ddah1HKO小鼠肝脏中DDAH1的表达，降低Ddah1HKO小鼠血清中的ALT和AST水平，同时改善了葡萄糖耐量和胰岛素敏感性。组织病理学染色显示，敲低S100a11可改善HFD喂养小鼠肝脏的病理异常、脂肪变性和超氧化物的产生；此外，在HFD喂养Ddah1HKO小鼠的肝脏中，S100a11敲低显著降低了TG、TC、4-HNE及p-JNK表达水平。
图4. S100a11敲低可改善HFD喂养小鼠胰岛素抵抗和肝脂肪变性
02小结
本研究为肝脏DDAH1/S100A11在NAFLD发生发展中发挥重要保护作用的结论提供了遗传学证据，提示上调DDAH1或降低肝细胞中S100A11的表达可能是治疗NAFLD的新策略。