Advanced Science：陈子江/赵涵/张玉青团队揭示桤木酮增强线粒体脂肪酸β-氧化的关键机制

桤木酮通过靶向钙调蛋白促进线粒体脂肪酸β-氧化从而改善代谢功能障碍相关脂肪性肝病

2025年6月，山东大学妇儿与生殖健康研究院的相关研究人员在《Advanced Science》（IF:14.3）上发表了题为“Alnustone Ameliorates Metabolic Dysfunction-Associated Steatotic Liver Disease by Facilitating Mitochondrial Fatty Acid β-Oxidation via Targeting Calmodulin”的研究论文，揭示了桤木酮通过靶向钙调蛋白促进线粒体脂肪酸β-氧化的作用机制，为代谢功能障碍相关脂肪肝病（MASLD）和代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）的治疗提供了新见解。

亮点概述：

桤木酮在各种MASLD/MASH模型中具有改善肝脏脂肪变性的作用。
桤木酮通过促进线粒体脂肪酸β-氧化来减少肝脏甘油三酯（TAG）的积累。
钙调蛋白（CaM）通过增强Ca²⁺诱导的线粒体脂肪酸β-氧化介导桤木酮的治疗作用。

研究背景：

随着现代人饮食习惯和生活方式选择的巨大变化，MASLD已成为最常见的慢性肝病和全球性的医疗卫生问题。MASH是MASLD的一种侵袭性形式，进一步增加了发展为晚期纤维化、肝硬化、肝细胞癌的风险，并最终导致肝脏相关死亡。MASLD的发展特征是肝脏能量代谢平衡的破坏：碳水化合物和脂质的过载超过了肝脏氧化或清除它们的能力，导致脂质在肝细胞中积聚。肝脏脂肪变性的代谢原因包括肝脏从头脂肪生成增加、脂肪酸酯化缺陷、TAG外排受损、肝内脂肪分解减少以及肝线粒体/过氧化物酶体β-氧化降低。

桤木酮是传统中药草豆蔻中的活性成分。此前，桤木酮已显示出一系列生物活性，包括抗炎、抗菌和抗癌特性。在二芳基庚烷类化合物中，姜黄素因对MASLD及相关代谢紊乱的治疗潜力（尤其是改善MASLD患者脂质代谢和胰岛素敏感性）已被广泛研究，然而，桤木酮对MASLD和MASH的治疗作用至今尚未被探索。

首先，研究人员分别利用高脂饮食（HFD）诱导的MASLD小鼠模型、蛋氨酸和胆碱缺乏饮食（MCD）和高脂肪、高果糖、高胆固醇（AMLN）饮食诱导的严重脂肪变性和纤维化的晚期MASH模型分别探究桤木酮对MASLD和MASH的影响。结果表明，在雄性和雌性MASLD小鼠中，桤木酮治疗可有效降低血清TAG水平，逆转肝脏脂肪变性，并减轻胰岛素抵抗。它还有效地改善了MASH小鼠的纤维化，未观察到任何副作用。

为了确定桤木酮对肝细胞脂肪含量的直接影响，研究人员利用棕榈酸诱导三种肝细胞（小鼠原代肝细胞、小鼠肝细胞系：AML12细胞和人肝细胞系：HepG2细胞）发生脂肪变性。结果发现桤木酮可剂量依赖性地减少棕榈酸诱导的肝细胞脂质积累，抑制三种肝细胞系中TAG含量，同时降低棕榈酸诱导的肝细胞中脂滴的大小和数量。总之，这部分结果有力地支持了桤木酮在保护小鼠和人肝细胞免受脂肪变性侵害方面的直接潜力。

桤木酮可保护小鼠和人肝细胞免受脂质积累

为阐明桤木酮对MASLD有益作用的潜在机制，研究人员对载体对照和桤木酮治疗的HFD小鼠肝脏进行脂质组分析。共鉴定出34类脂质，其中TAG是最丰富且变化最大的脂质类别。与桤木酮治疗小鼠的降脂表型一致地是，总TAG、甘油二酯和棕榈酸的丰度大幅降低。此外，火山图表明大量脂质代谢物在桤木酮处理后下调。进一步的差异分析表明，经桤木酮处理的肝脏中，多种TAG和下游代谢物显著减少，尤其是含有饱和脂肪酸的代谢物。

由于从头脂肪生成和脂肪酸β-氧化主要发生在线粒体中，研究人员进一步评估了桤木酮改善脂质代谢的线粒体机制。Seahorse分析直接评估了AML12肝细胞的线粒体呼吸功能。发现在棕榈酸存在的情况下桤木酮显著促进了线粒体脂肪酸β-氧化。此外，经桤木酮处理后，棕榈酸诱导的肝细胞基础呼吸、最大呼吸、备用呼吸能力和ATP水平均显著增强。这些数据表明，桤木酮通过促进肝细胞中的线粒体脂肪酸β-氧化来增加脂质消耗。

桤木酮通过促进线粒体脂肪酸β-氧化来减少肝脏脂质代谢物

接着，研究人员采用有限蛋白水解-质谱法（LiP-SMap）寻找能够直接与桤木酮结合的细胞蛋白。通过这种方法，总共鉴定出19种蛋白质作为潜在候选者并对其进行STRING分析，发现“对脂质的反应”和“线粒体-内质网膜束缚”显著富集，其中CALM1、CALM2和CALM3是核心分子。CALM1-3由三个独立基因（Calm1-Calm3）编码，表达相同的钙调蛋白（CaM），具有细胞内Ca²⁺结合功能。通过分子对接和表面等离子体共振（SPR）技术证实了CaM是桤木酮真正的结合靶点。此外，细胞实验表明桤木酮处理后线粒体Ca²⁺水平显著升高，这些结果进一步支持了桤木酮与CaM结合可促进其活性，从而增加钙内流并激活线粒体功能。

桤木酮直接与CaM结合，导致细胞质和线粒体Ca²⁺水平升高

为了验证CaM是否是桤木酮影响线粒体和脂质代谢所必需的，研究人员同时敲低肝细胞中的Calm1、Calm2和Calm3，然后用桤木酮处理。细胞Ca²⁺浓度分析和Seahorse分析表明，CaM敲低显著阻断了桤木酮升高细胞质和线粒体Ca²⁺水平的作用，并消除了桤木酮对肝细胞线粒体棕榈酸β-氧化的促进作用。在肝脏特异性敲低CaM的小鼠中，桤木酮降低肝脏TAG和胆固醇水平的治疗效果显著消失，对肝脏脂肪变性和纤维化的改善作用完全被消除。上述体外和体内结果共同证明，CaM是桤木酮的真正靶点，它通过促进肝细胞中Ca²⁺诱导的线粒体脂肪酸β-氧化来介导桤木酮的治疗作用。

最后，结合临床数据分析显示，CaM在患有MASLD和MASH的小鼠和人类患者肝脏中下调，这支持了其在疾病病理生理学中的关键作用。基因水平上，CALM表达与人类MASLD的风险存在因果关系，这表明CaM可能成为MASLD的潜在生物标志物和治疗靶点。