《Science Advances》刊发北航生物与医学工程学院岳蜀华副教授团队最新研究成果

点击数:    |    加入时间:2023-01-15

北航新闻网1月15日电(通讯员 倪义坤 杨贤达)2023年1月13日,《Science Advances》以Research Article的形式发表了北航生物与医学工程学院、北京生物医学工程高精尖中心、生物力学与力学生物学教育部重点实验室岳蜀华副教授课题组和北京清华长庚医院肝胆胰中心董家鸿院士、王韫芳研究员课题组合作的最新研究成果“The role of altered lipid composition and distribution in liver fibrosis revealed by multimodal nonlinear optical microscopy”。岳蜀华课题组的博士研究生贾浩和王韫芳课题组的柳娟博士为该论文的共同第一作者,岳蜀华和王韫芳为论文的共同通讯作者,北京航空航天大学为该论文的第一单位、第一通讯单位。

该研究发现,在肝纤维化的动态演进中,伴随细胞外基质“变硬”,细胞内的脂质也同样会“变硬”,这些变化与肝小叶的功能分区紧密相关;揭示了可以通过补充不饱和脂肪酸或增强膜流动性来降低脂质硬度,重塑脂质稳态,进而使受损肝细胞免于脂毒性和内质网应激,并改善其细胞生物学特性。该研究增进了目前对脂质稳态在纤维化中所发挥作用的理解,并为肝纤维化的治疗提供了全新的思路。

该研究首先建立了多模态无标记非线性光学显微成像平台,通过结合受激拉曼散射、二次谐波、双光子荧光显微成像技术,以及脂质不饱和度量化分析新方法,在单细胞水平上定量绘制了肝纤维化进程中关键生物分子在组织原位上的空间异质性分布,包括存储在细胞内脂滴中的饱和甘油三酯和不饱和甘油三酯、脂质过氧化产物,以及细胞外胶原纤维。值得一提的是,该多模态成像平台无需对组织进行任何处理和外源性标记,即可原位定量描绘组织微环境中分子的空间异质性图谱,该非标影像技术有望为肝脏疾病的发生和演进从新的维度提供信息。利用成像平台,团队首次报道了肝纤维化过程中脂质稳态的失调,并发现这种失调与肝小叶分区密切相关。具体而言,相比汇管区,不饱和甘油三酯主要在中央静脉区积累。与早期肝纤维化相比,晚期肝纤维化组织中不饱和甘油三酯的积累显著增多、脂质不饱和度降低、脂质过氧化产物增多,同时伴随膜流动性的下降,和脂质硬度的增加。

结合转录组学、质谱成像、免疫组化等方法,该研究进一步揭示了肝纤维化脂质稳态失调的生物学机制。肝细胞的损伤引起内质网应激,进而促进了脂质合成、去饱和,以及积累。在纤维化晚期,去饱和能力已经无法应对大量增加的新合成的饱和脂肪酸,因此造成了脂质不饱和度的降低;同时,在肝脏脂肪酸结合蛋白的协助下,无法进入脂滴的过量饱和脂肪酸被输运到膜上,导致膜脂不饱和度的降低,进而使得膜流动性降低;而前期生成的多不饱和脂肪酸作为主要底物,促成脂质过氧化物的富集,也成为肝纤维化氧化应激的重要特征。反之,上述脂质稳态的失调又促进了内质网应激和细胞死亡,导致恶性循环。

更重要的是,该研究还探索了重塑脂质稳态对肝纤维化治疗的潜力。策略之一,通过补充不饱和脂肪酸,特别是油酸,可以促进饱和脂肪酸进入脂滴,增加脂质不饱和度,增加膜流动性,降低脂质硬度,最终使细胞免于脂毒性和内质网应激。策略之二,通过抑制饱和脂肪酸向膜的输运,可以增加膜流动性,降低脂质硬度,最终改善细胞过程。因此,重塑脂质稳态打破了肝纤维化中脂质增多变硬和内质网应激之间的恶性循环。

综上,该研究展示了多模态无标记非线性光学显微成像技术在探究肝脏疾病分子空间异质性方面的潜力,揭示了脂质成分和分布改变在肝纤维化进程中的关键作用,并为肝纤维化的治疗提供了新的策略。

多模态无标记非线性光学显微成像方法发现肝纤维化治疗新靶点

本项工作得到了清华大学精密仪器系欧阳证教授的大力支持,北京市生物医学工程高精尖创新中心和北航生物力学与力生物学教育部重点实验室的平台条件支持,还获得了国家自然科学基金(重大研究计划、国家重大科研仪器研制项目),国家重点研发计划项目,北京市自然科学基金项目,北京医院管理局登峰计划等经费的资助。

原文链接:http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq2937

(审核:李德玉)

编辑:贾爱平


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