雷帕霉素逆转衰老加剧的饮食诱导代谢应激肝脏反应及其分子机制

本文揭示衰老通过放大高脂饮食（HFD）诱导的肝脏炎症和代谢通路失调，加剧代谢相关脂肪性肝炎（MASH）进程；研究发现mTORC1抑制剂雷帕霉素可有效逆转老年小鼠HFD引发的促炎（如Stat1）和代谢基因网络紊乱，减轻肝脂肪变性及肝癌风险转录特征，为年龄相关代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）的干预策略提供新见解。

摘要

衰老与代谢应激易感性增加及慢性肝病风险升高密切相关，但其与饮食代谢应激的相互作用机制尚不明确。本研究通过对比年轻（5月龄）与老年（22月龄）C57BL/6雄性小鼠接受9周高脂饮食（HFD）后的肝脏反应，发现老年小鼠出现更严重的肝脂肪变性、炎症浸润及转录调控紊乱。全肝和纯化肝细胞的转录组分析显示，衰老会放大HFD诱导的炎症和代谢基因表达变化，包括免疫通路激活和代谢通路抑制。值得注意的是，雷帕霉素治疗可逆转大部分HFD驱动的转录改变，如促炎调节因子Stat1的上调，并改善代谢基因网络功能。同时，雷帕霉素还能减轻肝脂肪堆积、降低体重及肝癌相关转录特征风险。这些结果表明衰老增强肝脏对饮食代谢应激的敏感性，而雷帕霉素有望作为对抗年龄相关肝功能障碍和MASLD进展的潜在疗法。

1 引言

代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）是一种进行性疾病，涵盖肝脏脂肪变性及其炎症阶段代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）。随着肥胖及相关代谢异常在全球各年龄层中流行，MASLD已成为重要的公共卫生负担。衰老肝脏表现为结构功能改变，包括体积减小、血流减少、轻度纤维化及免疫功能失调，同时伴随营养感应异常、线粒体功能受损和代谢稳态失衡，这些变化共同降低肝脏对损伤的抵抗力。尽管肥胖和代谢疾病模型研究广泛，但多数孤立考察衰老或代谢应激，缺乏对二者交互作用的探讨。雷帕霉素作为mTORC1选择性抑制剂，在多种模式生物中展现出延长寿命和促进健康衰老的潜力，但其在衰老个体中对抗饮食代谢应激的机制尚未深入解析。本研究旨在揭示衰老如何调节肝脏对HFD的应答，并评估雷帕霉素能否缓解这一年龄加剧的代谢应激反应。

2 结果

衰老加剧HFD诱导的代谢应激反应

通过比较年轻与老年小鼠在9周HFD喂养后的生理和转录组变化，发现尽管两组体重增加相似，但老年小鼠肝脏出现更显著的脂肪堆积（H&E染色中绿色箭头指示）、肝细胞气球样变（黄色箭头）和免疫细胞浸润（红色箭头）。全肝RNA测序PCA分析显示，老年HFD组转录组变异最大，差异表达基因（DEGs）分析识别出3954个基因在年轻正常饮食（ND）与老年HFD间差异表达。基因聚类揭示三类表达模式：Cluster 1（1190个基因）在两组中均被HFD上调，富集于脂肪酸降解等代谢通路；Cluster 2（1244个基因）在衰老基础上被HFD进一步放大，关联免疫炎症通路；Cluster 3（627个基因）被HFD下调，涉及细胞色素P450代谢等。这些结果提示衰老加剧了HFD引发的炎症和代谢转录改变。

老年肝细胞呈现代谢失调与炎症信号亢进

为排除免疫细胞干扰，研究进一步分离肝细胞进行RNA测序。分析发现老年HFD肝细胞中5565个DEGs，聚类模式与全肝相似：Cluster 1（439个基因）对应脂肪酸代谢通路上调；Cluster 2（1033个基因）显示年龄与HFD协同激活感染应答通路；Cluster 3（1421个基因）代谢通路下调。全肝与肝细胞基因集比较显示三类簇均存在显著重叠，证实衰老在肝细胞层面放大HFD的代谢与炎症效应。

雷帕霉素逆转老年小鼠HFD诱导的炎症转录亢进

为评估雷帕霉素的干预效果，研究从4月龄起对C57BL/6小鼠持续喂食封装雷帕霉素（eRapa，42 ppm）或对照剂，18月龄后分组接受HFD±eRapa处理9周（图3A）。Western blot显示eRapa显著降低磷酸化S6蛋白水平（mTOR活性标志），表明药物靶向作用。肝细胞转录组PCA显示各组分离良好，HFD+eRapa与HFD+车辆对比产生5097个DEGs，且雷帕霉素逆转了72%的HFD上调基因（1788/2467），这些基因富集于感染防御应答等免疫通路。IPA分析预测Stat1、Irf3、Rela等促炎转录因子被抑制，Western blot验证Stat1蛋白在HFD+eRapa组下降。此外，HFD提升的衰老相关分泌表型（SASP）基因和肿瘤发生指数（TI）均被雷帕霉素归一化，提示其降低肝癌风险。

雷帕霉素恢复代谢通路并改善肝脏病理

对HFD下调的基因中，477个被雷帕霉素挽救（图4A），富集分析显示这些基因参与胆固醇代谢、内质网应激应答等通路。雷帕霉素还显著降低HFD小鼠体重（中位数41.3 g vs. HFD+车辆57.8 g）和肝脏重量（1.7 g vs. 3.7 g），组织学显示其减少脂质沉积（Oil Red O染色）和肝细胞气球样变，使肝脏形态接近ND组。这些结果综合表明雷帕霉素通过调控代谢和炎症基因网络，抵抗衰老肝脏的饮食代谢应激损伤。

3 讨论

本研究证实衰老通过放大HFD诱导的炎症和代谢通路紊乱，增强肝脏对饮食应激的敏感性。雷帕霉素通过抑制mTORC1，逆转老年小鼠HFD引发的促炎信号（如Stat1通路）和代谢基因抑制，并降低肝脂肪变性及肝癌风险指数。研究局限性包括HFD与ND组存在碳水化合物:脂肪比例的大幅变动（7:1 vs. 0.33:1），可能影响代谢设定点；肝内白蛋白检测虽无组间差异，但无法完全替代血清白蛋白功能评估。与既往研究对比，雷帕霉素的体重减轻效应可能与剂量和年龄相关，且非摄食减少所致。机制上，雷帕霉素可能通过mTORC1–SREBP1–BCKDK轴增强支链氨基酸降解，改善脂代谢。这些发现支持雷帕霉素作为衰老相关MASLD和肝癌预防的潜在干预策略。

4 实验方法

动物实验经Sanford Burnham Prebys医学发现研究所IACUC批准，使用NIA衰老资源库或内部繁育的C57BL/6小鼠。HFD（TestDiet 58Y1，脂肪供能60%）与ND（58Y2，脂肪供能10%）喂养9周；eRapa（42 ppm）由Emtora提供并混入饲料。肝细胞通过胶原酶灌注法分离，RNA测序数据经STAR比对、DESeq2分析差异基因。组学分析包括PCA、聚类、GO/KEGG富集及IPA上游调控因子预测。组织学采用H&E和Oil Red O染色，Western blot检测p-S6、S6和Stat1蛋白。统计学处理使用单因素ANOVA与Tukey事后检验。