【摘要】 肝臟是人體最大的代謝器官,肝功能受損可引起各種急慢性肝臟疾病,輕者影響生活質量,重者危及生命,因此尋找精準有效的分子診斷標志物及治療靶點至關重要。線粒體融合蛋白2(Mfn2)為線粒體外膜上的跨膜動力蛋白,不僅能調控線粒體融合,還在細胞能量代謝、細胞凋亡、細胞增殖、線粒體內質網連接、內質網應激及線粒體自噬等過程中發揮重要作用。研究發現,Mfn2表達異常或功能缺失可致線粒體功能異常,進而引發多種肝臟疾病。本文通過對Mfn2的結構、功能及其在肝臟疾病中的作用機制進行系統綜述,發現Mfn2可通過多種途徑參與慢性肝病的發生、發展,調控Mfn2過表達可改善肝功能,進一步減緩或逆轉疾病進展。本文旨在為Mfn2與肝臟疾病的基礎研究及臨床應用提供科學參考。
【關鍵詞】 線粒體動力學;線粒體融合蛋白2;結構;功能;肝臟疾病;綜述
【中圖分類號】 R 575 R 329.25 【文獻標識碼】 A DOI:10.12114/j.issn.1007-9572.2023.0146
【引用本文】 苑喜微,南月敏. 線粒體融合蛋白2的結構和功能及其在肝臟疾病中作用機制的研究進展[J]. 中國全科醫學,2023,26(30):3841-3846. DOI:10.12114/j.issn.1007-9572.2023.0146. [www.chinagp.net]
YUAN X W,NAN Y M. Research progress of structure,function and mechanism of action of mitofusin 2 in liver diseases[J]. Chinese General Practice,2023,26(30):3841-3846.
Research Progress of Structure,Function and Mechanism of Action of Mitofusin 2 in Liver Diseases YUAN Xiwei1,2,NAN Yuemin1,2*
1.Department of Traditional and Western Medical Hepatology,Third Hospital of Hebei Medical University,Shijiazhuang 050051,China
2.Hebei Province Key Laboratory of Study on Mechanism of Hepatic Fibrosis in Chronic Liver Disease,Shijiazhuang 050051,China
*Corresponding author:NAN Yuemin,Professor/Chief physician;E-mail:nanyuemin@163.com
【Abstract】 The liver is the largest metabolic organ in the human body,and impaired liver function can lead to a variety of acute and chronic liver diseases,which can affect the quality of life in mild cases or be life-threatening in severe cases. Therefore,it is important to explore accurate and effective molecular diagnostic markers and therapeutic targets. Mitofusin 2(Mfn2)is a transmembrane motor protein on the outer membrane of mitochondria,and plays an important role not only in mitochondrial fusion regulation,but also in cell energy metabolism,cell apoptosis,cell proliferation,mitochondrial endoplasmic reticulum(ER)connections,ER stress and mitochondrial autophagy,etc. It has been found that abnormal expression or function loss of Mfn2 can lead to abnormal mitochondrial function,which in turn leads to a variety of liver diseases. In this paper,a systematic review of the structure and function of Mfn2 and its mechanisms of action in liver diseases was conducted and found that Mfn2 can be involved in the development of chronic liver diseases through multiple pathways,and improve liver function through modulating Mfn2 overexpression to further slow down and reverse disease progression. This paper aims to provide a scientific reference for basic research of Mfn2 and liver diseases,as well as its clinical application.
【Key words】 Mitochondrial dynamics;Mitochondrial fusion 2;Structure;Function;Liver disease;Review
肝臟是人體最大的代謝器官,不僅參與蛋白質、脂類、糖類及維生素等物質的合成與分解,還參與激素、藥物等物質的轉化與代謝。同時,肝臟還具有分泌膽汁、吞噬、防御以及在胚胎時期造血等重要功能。各種致肝損傷因素損害肝臟細胞后易使其產生代謝、合成、解毒、分泌、生物轉化及免疫功能障礙,常可致脂肪性肝病、病毒性肝炎、肝纖維化,嚴重者甚至發展為肝細胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)、肝衰竭等危及生命的疾病[1]。但目前尚缺乏精準有效的分子診斷標志物及治療靶點,因此尋找新的分子標識至關重要。
線粒體融合蛋白2(mitofusin 2,Mfn2)為定位于線粒體外膜的跨膜動力蛋白,是調控線粒體融合及維持線粒體結構的關鍵因子[2]。Mfn2除介導線粒體融合外,還在細胞能量代謝、細胞凋亡、細胞增殖、線粒體內質網(endoplasmic reticulum,ER)連接、ER應激及線粒體自噬等過程中發揮重要作用。近年來研究表明,Mfn2表達異常或功能缺失與各種肝臟疾病的發生、發展密切相關,例如代謝相關脂肪性肝病(metabolic associated fatty liver disease,MAFLD)、病毒性肝炎、肝纖維化、HCC及慢加急性肝衰竭(acute-on-chronic liver failure,ACLF)等。因此,認識Mfn2的結構、功能及其在肝臟疾病中的作用機制具有重要的科學及臨床價值,可為尋找延緩甚至逆轉各種肝臟疾病的潛在治療靶點及藥物研發提供科學依據。
本文文獻檢索策略:計算機檢索中國知網(CNKI)、萬方數據知識服務平臺、PubMed數據庫,檢索時間為建庫至2023年2月,中文檢索詞包括“線粒體融合蛋白2”“肝臟疾病”“脂肪性肝病”“病毒性肝炎”“肝纖維化”“肝細胞癌”“肝衰竭”,英文檢索詞包括“mitofusin 2”“liver disease”“fatty liver disease”“viral hepatitis”“hepatic fibrosis”“hepatocellular carcinoma”“liver failure”。納入標準:文獻內容涉及Mfn2的結構及功能、Mfn2與肝臟疾病的關系研究。排除標準:與主題相關性差、文獻質量欠佳、已撤稿及無法獲取全文的文獻。最終納入文獻46篇。
1 Mfn2的結構及表達調節
1.1 Mfn2的結構 Mfn2是位于線粒體外膜上的一種高度保守的跨膜三磷酸鳥苷(guanosine triphosphate,GTP)酶(GTPase),與Mfn1具有77%的同源性和相同功能域[3]。該結構域包括氨基端GTPase結構域、七肽重復結構域(heptad-repeat 1,HR1)以及羧基端第2個七肽重復結構域(HR2),HR1和HR2之間存在2個跨膜結構域[2-3]。GTPase和HR結構域均暴露于細胞質,對融合過程至關重要[4]。GTPase域有5個功能基序,G1結合GTP分子的磷酸鹽;G3協調水解所需的Mg2+;G1、G2和G3共同構成催化中心;G4和G5提供GTP結合所需的特定構象。HR2結構域在并列線粒體之間通過二聚體反平行卷曲螺旋結構形成同源(Mfn1-Mfn1或Mfn2-Mfn2)或異源(Mfn1-Mfn2)二聚體復合物,參與兩個相鄰線粒體的連接。而后GTP可通過GTPase水解提供的能量介導膜構象改變,進而促進線粒體外膜融合[5]。
1.2 Mfn2表達調節 Mfn2穩態水平取決于泛素-蛋白酶體系統。線粒體去極化或細胞應激時,Mfn2被PTEN誘導的推定激酶1(PTEN-induced putative kinase 1,PINK1)磷酸化,Parkin誘導其泛素化,隨后被靶向蛋白酶體降解[3,6]。此外,應激誘導的c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)激活也可以促進E3連接酶HUWE1介導的Mfn2磷酸化,進而導致泛素化和蛋白酶體降解,影響線粒體融合[6]。
Mfn2活性亦受信號傳導分子2(recombinant
mothers against decapentaplegic homolog 2,Smad2)的調控。Smad2作為支架招募Rab-Ras相互作用因子1(RIN1)與Mfn2形成Smad2-RIN1-Mfn2復合物,此復合物允許RIN1作為鳥嘌呤核苷酸交換因子激活Mfn2-GTPase,進而促進線粒體三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)合成及線粒體融合[7]。轉錄調節因子過氧化物酶體增殖物受體γ共激活因子1(peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1,PGC-1)亦對Mfn2起重要調節作用,PGC-1α可刺激肌肉和棕色脂肪組織中Mfn2啟動子區域2 kb片段的轉錄活性,Mfn2啟動子的這一特定區域與雌激素相關受體(estrogen related receptor alpha,ERRα)結合并被其激活,進一步被PGC-1α共激活[6,8];PGC-1β為PGC-1α同源物亦對于維持Mfn2表達至關重要[6,8]。Mfn2啟動子區域還存在Kru?ppel樣因子4(Kru?ppel-like factor 4,KLF4)結合位點,KLF4過表達可增加Mfn2、葡萄糖轉運蛋白4(glucose transporter 4,GLUT4)表達,改善骨骼肌細胞胰島素抵抗(insulin resistance,IR)[9]。此外,糖皮質激素及腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)亦參與調控肝臟Mfn2表達[4]。
2 Mfn2的功能
2.1 調節細胞能量代謝 Mfn2對于代謝穩態的維持至關重要[10]。抑制Mfn2表達可降低線粒體膜電位,使L6E9大鼠骨骼肌及成纖維細胞中葡萄糖氧化及氧消耗減少,表現為棕櫚酸酯氧化速率降低、葡萄糖轉運和乳酸產生增加、葡萄糖轉化為糖原減少[6]。小鼠肝細胞Mfn2消融可改變線粒體形態,減少線粒體呼吸復合物Ⅰ和Ⅱ,促進糖異生[11]。而HeLa細胞中Mfn2過表達可致線粒體核周聚集,線粒體膜電位增強,葡萄糖氧化增高以及氧化磷酸化復合物Ⅰ、Ⅳ和Ⅴ亞基表達增加[12]。因此,促進Mfn2表達可使線粒體功能增強,促進細胞能量代謝,維持機體穩態。
2.2 細胞凋亡 線粒體是內在凋亡早期的主要靶標。B細胞淋巴瘤/白血病-2(B-cell lymphoma/leukemia-2,Bcl-2)蛋白家族在其中發揮重要作用,抑凋亡蛋白Bcl-2可通過抑制細胞色素C(cytochrome C,Cyt C)釋放維持線粒體的完整性,而Mfn2高表達可抑制Bcl-2表達,破壞線粒體完整性,促進細胞凋亡[6]。另外,凋亡調節因子Bcl-2相關X(apoptosis regulators Bcl-2 associated X,Bax)及Bak在線粒體外膜上與Mfn2共定位[6]。Mfn2高表達亦能促進Bax、Bak表達增高,導致線粒體通透性增高促進Cyt C釋放,通過酶聯反應激活Caspase-9形成凋亡復合體活化Caspase-3,最終經蛋白酶解作用誘發細胞凋亡。若敲除Mfn2基因,Bax、Bak與線粒體的結合位點隨即消失,細胞對凋亡的抵抗性增加[13]。此外,Mfn2可抑制原癌基因Ras表達,通過抑制Ras-PI3K-Akt通路磷酸化,激活線粒體凋亡途徑,促進細胞凋亡[14]。這提示通過增強Mfn2表達,促進癌細胞、炎癥細胞及異常細胞凋亡,可作為相關疾病的治療靶點。
2.3 細胞增殖 Mfn2亦為增生抑制基因,Mfn2過表達可通過與Ras結合,阻礙Ras活化,進而阻斷細胞外信號調節激酶1/2(extracellular signal regulated kinase 1/2,ERK1/2)的激活,即Mfn2抑制了Ras-Raf-MAPK-ERK1/2的信號通路磷酸化,抑制細胞合成DNA,使有絲分裂細胞進入靜止期,從而抑制多種細胞增殖[15]。另外,ZHANG等[16]研究證明,Mfn2可通過上調細胞周期蛋白激酶抑制劑p21來阻礙ERK1/2的活化從而抑制細胞增殖。研究顯示,Mfn2的氨基端片段(aa1-264)和羧基端片段(aa265-757)可分別通過不同的機制阻斷細胞增殖:氨基端片段通過與Raf-1相互作用抑制細胞增殖,而Mfn2的羧基端片段通過與Ras相互作用抑制細胞增殖[17]。另外,未磷酸化的視網膜母細胞瘤(retinoblastoma protein,Rb)蛋白與轉錄因子聯合可致細胞阻滯在G0/G1期,Mfn2可降低Rb磷酸化水平調節細胞增殖[18]。上述研究結果提示,若能通過調控Mfn2表達,抑制癌細胞增殖及促進正常細胞生長,有益于維持肝功能穩態,逆轉肝臟損傷。
2.4 ER線粒體連接 部分Mfn2定位在ER膜,特別是ER-線粒體連接膜,參與ER和線粒體的連接[3]。研究表明小鼠成纖維細胞中Mfn2消融可致ER和線粒體距離增加及線粒體形態改變[19]。而Mfn2過表達可使細胞ER-線粒體接觸位點數量增加,ER向線粒體之間鈣轉移增加[20],線粒體鈣超載可通過延長通透性轉換孔的打開使線粒體對凋亡刺激敏感,致線粒體膜電位耗散、線粒體腫脹和包括CytC在內的促凋亡因子的釋放[21]。然而矛盾的是,有研究表明在Mfn2敲除或急性Mfn2減少的細胞中,與ER相連的線粒體外膜百分比卻出現了增加現象,且ER向線粒體轉運鈣離子增強,細胞對死亡刺激更敏感[22]。上述兩種研究結果不一致,可能因為動物或細胞模型不同,培養周期及實驗方法有差異。因此,Mfn2介導ER-線粒體外膜融合機制仍需更進一步研究闡明及驗證。
2.5 ER應激 Mfn2還參與了對ER應激反應的調節。這一反應依賴一種復雜的信號傳導機制,即未折疊蛋白反應(unfolded protein response,UPR),其旨在清除未折疊蛋白,恢復ER穩態[11]。Mfn2可通過調控位于ER膜上的蛋白激酶R樣內質網激酶(protein kinase RNA -like ER kinase,PERK)介導的UPR參與ER應激反應信號調節。PERK可監測未折疊蛋白的積累,激活特定信號通路,誘發ER應激。而Mfn2是PERK的上游調節因子,可以直接與PERK相互作用,基礎條件下維持PERK的失活[23]。研究表明,Mfn2消融可誘導ER膜中UPR蛋白活化,引起ER應激[24]。相反,促進Mfn2表達可改善ER應激,進而減緩或阻止ER應激相關的肝損傷。
2.6 線粒體自噬 線粒體自噬是一種選擇性清除受損線粒體的特異性自噬現象,可維持線粒體網絡穩態。當細胞中線粒體受損,PINK1/Parkin信號通路被激活,PINK1轉位并聚集錨定在線粒體外膜上,招募E3連接酶Parkin并激活,活化的Parkin可對Mfn2泛素化修飾形成泛素鏈,并募集脂化的自噬受體LC3至線粒體外膜進一步形成自噬體,受損的線粒體隨后被自噬體包圍和吞噬,自噬體與溶酶體融合導致自噬體內容物降解,即誘導線粒體自噬發生[3]。研究表明,Mfn2缺失可使功能異常的線粒體聚集增多,并導致自噬小體形成減少及自噬小體-溶酶體融合缺陷,發生自噬障礙[25-26]。肌肉中Mfn2損耗與自噬抑制、線粒體異常集聚有關,可能導致肌少癥[27]。
綜上所述,Mfn2通過其獨特的分子結構及表達調節發揮眾多作用,參與各種細胞死亡途徑。上調或下調Mfn2表達,可通過不同信號通路參與各種肝臟疾病的發生、發展。
3 Mfn2與肝臟疾病
3.1 MAFLD MAFLD的診斷是以代謝功能障礙如高脂血癥、2型糖尿病及高血壓等為基礎,可與其他肝臟疾病共存[28]。研究證實,肥胖和2型糖尿病患者Mfn2表達減少,而運動和體質量減輕可使Mfn2表達增加。原因可能為體育鍛煉能促進PGC-1α、ERRα激活,Mfn2轉錄,線粒體融合和GLUT4活化,從而增加胰島素敏感性,降低脂質沉積[29-30]。反之若抑制線粒體Mfn2表達,可使線粒體喪失正常的網狀結構而變成散在孤立的聚集狀,并降低線粒體膜電位,抑制細胞有氧葡萄糖代謝,導致線粒體膜孔隙增大而引起質子漏;且可刺激JNK通路,促進脂質中間體的形成,導致肌肉和肝臟中發生IR,從而引起MAFLD及相關的代謝疾病[14,31]。而胰島素給藥可以通過阻斷絲裂原活化的細胞外信號調節激酶(mitogen extracellular signal regulated kinase,MEK)依賴性級聯反應,上調Mfn2表達,促進Mfn2與Ras結合激活PI3K-Akt信號通路逆轉線粒體結構變化,誘導線粒體融合,改善IR[32]。因此,代謝異常誘導的IR可通過靶向胰島素信號通路促進Mfn2過表達而逆轉。此外,下丘腦前阿片黑素皮質激素神經元中Mfn2特異性敲除亦可導致ER應激、瘦素抵抗,從而導致食欲增加、能量消耗減少和肥胖[33]。非酒精性脂肪性肝炎(NASH)為非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)/MAFLD的嚴重類型,亦與Mfn2存在關聯。HERNáNDEZ-ALVAREZ等[34]研究發現,小鼠肝臟特異性Mfn2消融可引起肝臟炎癥、三酰甘油蓄積,促進NASH的發生、發展。通過促進NASH小鼠模型Mfn2過表達,可使Mfn2結合磷脂酰乙醇胺(phosphatidylserine,PS),并特異性地將PS轉移至膜結構域,進一步轉移至線粒體并促進線粒體PS的合成,抑制ER應激,減輕炎癥反應、減少三酰甘油蓄積,從而改善NASH表型。綜上,促進Mfn2表達可成為改善MAFLD發生、發展的新途徑。
3.2 病毒性肝炎 線粒體損傷和氧化應激是慢性乙型及丙型肝炎的突出特征,線粒體肝損傷長期以來被認為是慢性肝炎中乙型肝炎病毒(hepatitis B virus,HBV)感染的后果之一[35]。HBV感染與細胞Ca2+信號下調、線粒體去極化和功能障礙以及活性氧的產生有關。研究表明,許多DNA和RNA病毒參與調節線粒體自噬過程,可抑制宿主免疫反應,防止被吞噬清除,有利于病毒復制和成熟[35]。HBV及其編碼的乙型肝炎病毒X蛋白可誘發線粒體級聯反應,刺激Parkin、PINK1和自噬微管相關蛋白輕鏈β3(autophagy microtubule-associated protein light chain β3,LC3B)的基因表達,并誘導Parkin向線粒體募集、轉位,進一步促進其底物Mfn2的泛素化和降解,導致線粒體動力學改變(如線粒體腫脹、嵴缺失、線粒體分裂),最終通過線粒體自噬清除受損的線粒體,促進受感染細胞的細胞活力,抑制HBV感染的細胞凋亡,從而促進持續性感染及慢性肝炎。同樣,丙型肝炎病毒是一種陽性單鏈RNA病毒,亦可誘導Parkin介導的選擇性自噬,利于病毒復制。因此,也許可以針對Mfn2過表達促進受感染細胞凋亡方面,設計對抗慢性病毒感染的新型治療方法。
3.3 肝纖維化 肝星狀細胞(hepatic stellate cell,HSC)的活化與增殖是肝纖維化形成的中心環節,慢性炎癥反應是肝纖維化形成的前提及驅動力。因此,促進活化的HSC細胞凋亡、抑制肝臟炎癥是防治肝纖維化的重要手段[36]。Mfn2可通過多種信號通路抑制肝纖維化相關因子生成,從而抑制肝纖維化發生發展。ZHU等[37]發現過表達Mfn2可抑制TGF-β1/Smad信號通路,使α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)及Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅳ型膠原蛋白下調,拮抗肝纖維化相關因子生成,并顯著減少免疫細胞浸潤,抑制肝臟炎癥反應,促進HSC細胞凋亡,改善肝纖維化。另有研究表明抑制Ras、ERK1/2及JNK1/2介導的MAPK信號通路傳導可抑制HSC過度增殖,促進HSC凋亡,而Mfn2蛋白已被證實是MAPK信號傳導的負性調節因子,因此,在HSC中Mfn2基因抑制肝纖維化相關因子生成的機制可能與MAPK信號通路的傳導有關[38]。此外,Mfn2亦可通過調控PI3K/Akt及mTOR信號通路促進HSC凋亡,抑制肝纖維化發生、發展[39-40]。綜上,Mfn2在HSC細胞凋亡及肝纖維化調控方面至關重要,可能是減輕肝纖維化的潛在治療靶點。
3.4 HCC 人類1號染色體短臂36.22是Mfn2定位位點,該位點為惡性腫瘤的突變高發區,提示Mfn2的異常表達或功能缺失可能是腫瘤發生、發展的重要因素[18]。研究顯示,Mfn2是HCC患者的獨立預測因素,HCC組織中Mfn2的表達顯著低于周圍正常肝組織,且Mfn2高表達的患者比低表達患者有更長的總生存期,其可作為判定腫瘤分化程度、病理分期的一種新的參考指標[41]。在腫瘤中,Mfn2具有促凋亡和抗增殖的雙重功能。高表達Mfn2通過PI3K/Akt凋亡通路及ERK1/2增殖通路促進腫瘤細胞凋亡并抑制腫瘤細胞增殖,將細胞周期阻滯于G0/G1或G2/M期抑制細胞進行有絲分裂,從而抑制腫瘤生長[14]。此外,Mfn2高表達可介導HepG2細胞凋亡,下調線粒體膜電位,并使ER Ca2+進入線粒體,導致ER Ca2+濃度下降,而線粒體Ca2+濃度升高,細胞內活性氧升高,誘導腫瘤細胞凋亡[41]。研究表明,17β羥基類固醇脫氫酶13作為能催化類固醇和脂代謝的酶,與肝臟脂肪代謝和肝癌發展密切相關,與Mfn2表達呈顯著正相關[42],但其直接調控關系目前還有待深入研究。此外,微小RNA(microRNA,miRNA)也是抑制HCC細胞增殖和促進凋亡的重要因素。研究表明,miR-150、miR-761可能通過上調Mfn2的水平抑制HCC細胞的增殖、遷移、侵襲能力,并促進其凋亡[43-45]。綜上,Mfn2是HCC患者預后的獨立預測因子,也是HCC的潛在治療靶點。
3.5 ACLF 盡管臨床治療水平突飛猛進,ACLF仍然保持著高發生率和高死亡率。XUE等[45]研究結果顯示,Mfn2過表達可降低SD大鼠血清轉氨酶水平,改善ACLF引起的大量肝細胞壞死和竇狀擴張伴充血癥狀,減少肝細胞嗜酸性粒細胞及中性粒細胞浸潤。Mfn2可能是通過抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路誘導自噬,從而抑制脂質積累、蛋白質聚集、慢性細胞死亡、氧化應激和炎癥,維持細胞穩態,以延緩疾病進展,減輕ACLF的肝損傷[46]。此外,Mfn2在ACLF中也發揮抗凋亡功能[45-46]。首先,自噬可能是ACLF中Mfn2抗凋亡功能的觸發因素。其次,Bcl-2/腺病毒E1B相互作用蛋白3(Bcl-2/adenovirus E1B interacting protein 3,BNIP3)是一種促凋亡蛋白,BNIP3通過BH3結構域競爭Beclin-1與Bcl-2結合,抑制Bcl-2基因表達促進細胞凋亡。而在ACLF模型中,Mfn2可降低肝細胞自噬損傷模型中BNIP3的表達,抑制細胞凋亡。因此,Mfn2在ACLF中發揮保護作用,可為ACLF患者提供一個有前景的治療靶點。
4 結論及展望
綜上所述,隨著Mfn2研究的不斷深入,Mfn2的功能越來越受到重視。Mfn2除了介導線粒體融合和維持線粒體正常的結構和功能外,亦在調節細胞能量代謝,細胞凋亡、增殖,線粒體ER連接、ER應激、線粒體自噬等過程中發揮重要作用,并調控多種肝臟病理狀態發生、發展。伴隨分子生物學的進展,Mfn2的結構、作用機制和調節機制將進一步明確,探究其在不同肝臟疾病中的調控作用,有望為相關疾病的治療提供至關重要的新靶標和新思路。但目前對于Mfn2與肝臟疾病之間的臨床研究仍較少,鑒于Mfn2對于肝臟疾病的重要調控作用,未來尚需進一步探究臨床范圍內Mfn2作為各種肝臟疾病診斷標志物的靈敏度與特異度及其作為治療靶點的有效性,實現Mfn2從基礎研究到臨床實踐的轉化,最終使患者受益,降低肝臟疾病發病率及死亡率。
作者貢獻:苑喜微負責資料收集及論文撰寫;南月敏負責質量控制及審校,對論文負責。
本文無利益沖突。
參考文獻
王建枝,錢睿哲. 病理生理學[M]. 北京:人民衛生出版社,2018.
ZACHARIOUDAKIS E,AGIANIAN B,KUMAR MV V,et al. Modulating mitofusins to control mitochondrial function and signaling[J]. Nat Commun,2022,13(1):3775. DOI:10.1038/s41467-022-31324-1.
JOAQUIM M,ESCOBAR-HENRIQUES M. Role of mitofusins and mitophagy in life or death decisions[J]. Front Cell Dev Biol,2020,8:572182. DOI:10.3389/fcell.2020.572182.
HERNáNDEZ-ALVAREZ M I,ZORZANO A. Mitochondrial dynamics and liver cancer[J]. Cancers,2021,13(11):2571. DOI:10.3390/cancers13112571.
DI NOTTIA M,VERRIGNI D,TORRACO A,et al. Mitochondrial dynamics:molecular mechanisms,related primary mitochondrial disorders and therapeutic approaches[J]. Genes(Basel),2021,12(2):247. DOI:10.3390/genes12020247.
ZORZANO A,HERNáNDEZ-ALVAREZ M I,SEBASTIáN D,et al. Mitofusin 2 as a driver that controls energy metabolism and insulin signaling[J]. Antioxid Redox Signal,2015,22(12):1020-1031. DOI:10.1089/ars.2014.6208.
KUMAR S,PAN C C,SHAH N,et al. Activation of Mitofusin2 by Smad2-RIN1 complex during mitochondrial fusion[J]. Mol Cell,2016,62(4):520-531. DOI:10.1016/j.molcel.2016.04.010.
BASSOT A,PRIP-BUUS C,ALVES A,et al. Loss and gain of function of Grp75 or mitofusin 2 distinctly alter cholesterol metabolism,but all promote triglyceride accumulation in hepatocytes[J]. Biochim Biophys Acta Mol Cell Biol Lipids,2021,1866(12):159030. DOI:10.1016/j.bbalip.2021.159030.
張哲,趙志英,王超. KLF4通過上調Mfn2表達減輕棕櫚酸致L6骨骼肌細胞的胰島素抵抗[J]. 中國老年學雜志,2014,34(21):6076-6079. DOI:10.3969/j.issn.1005-9202.2014.21.064.
ZHANG C Y,JIA Y Z,LIU B,et al. "TLR4 knockout upregulates the expression of Mfn2 and PGC-1α in a high-fat diet and ischemia-reperfusion mice model of liver injury[J]. Life Sci,2020,254:117762. DOI:10.1016/j.lfs.2020.117762.
SEBASTIáN D,HERNáNDEZ-ALVAREZ M I,SEGALéS J,et al. Mitofusin 2(Mfn2) links mitochondrial and endoplasmic reticulum function with insulin signaling and is essential for normal glucose homeostasis[J]. Proc Natl Acad Sci U S A,2012,109(14):5523-5528. DOI:10.1073/pnas.1108220109.
PICH S,BACH D,BRIONES P,et al. The Charcot-Marie-Tooth type 2A gene product,Mfn2,up-regulates fuel oxidation through expression of OXPHOS system[J]. Hum Mol Genet,2005,
14(11):1405-1415. DOI:10.1093/hmg/ddi149.
張洋洋,裴海峰,段海霞,等. 線粒體融合蛋白2在心血管疾病中的研究現狀[J]. 心臟雜志,2015,27(2):224-228. DOI:10.13191/j.chj.2015.0065.
時玉龍,易成臘. 線粒體融合蛋白2的研究進展[J]. 神經損傷與功能重建,2017,12(3):234-237. DOI:10.16780/j.cnki.sjssgncj.2017.03.015.
CHEN K H,DASGUPTA A,DING J H,et al. Role of mitofusin 2(Mfn2) in controlling cellular proliferation[J]. FASEB J,2014,28(1):382-394. DOI:10.1096/fj.13-230037.
ZHANG G E,JIN H L,LIN X K,et al. Anti-tumor effects of Mfn2 in gastric cancer[J]. Int J Mol Sci,2013,14(7):13005-13021. DOI:10.3390/ijms140713005.
朱學敏,孟慶華. 線粒體融合蛋白-2的功能[J]. 北京醫學,2015,37(12):1177-1179. DOI:10.15932/j.0253-9713.2015.12.016.
關飛,方克偉. 線粒體融合蛋白-2生物學功能及其在疾病中作用的研究進展[J]. 山東醫藥,2017,57(38):106-109. DOI:10.3969/j.issn.1002-266X.2017.38.035.
NAON D,ZANINELLO M,GIACOMELLO M,et al. Critical reappraisal confirms that Mitofusin 2 is an endoplasmic reticulum-mitochondria tether[J]. Proc Natl Acad Sci U S A,2016,
113(40):11249-11254. DOI:10.1073/pnas.1606786113.
CASELLAS-DíAZ S,LARRAMONA-ARCAS R,RIQUé-PUJOL G,et al. Mfn2 localization in the ER is necessary for its bioenergetic function and neuritic development[J]. EMBO Rep,2021,22:e51954. DOI:10.15252/embr.202051954.
DECUYPERE J P,MONACO G,BULTYNCK G,et al. The IP3 receptor-mitochondria connection in apoptosis and autophagy[J]. Biochim Biophys Acta BBA Mol Cell Res,2011,1813(5):1003-1013. DOI:10.1016/j.bbamcr.2010.11.023.
FILADI R,GREOTTI E,TURACCHIO G,et al. Mitofusin 2 ablation increases endoplasmic reticulum-mitochondria coupling[J]. PNAS,2015,112(17):E2174-2181. DOI:10.1073/pnas.1504880112.
VAN VLIET A R,AGOSTINIS P. Mitochondria-associated membranes and ER stress[J]. Curr Top Microbiol Immunol,2018,414:73-102. DOI:10.1007/82_2017_2.
NGOH G A,PAPANICOLAOU K N,WALSH K. Loss of mitofusin 2 promotes endoplasmic reticulum stress[J]. J Biol Chem,2012,287(24):20321-20332. DOI:10.1074/jbc.M112.359174.
PENG C,RAO W,ZHANG L,et al. Mitofusin 2 exerts a protective role in ischemia reperfusion injury through increasing autophagy[J]. Cell Physiol Biochem,2018,46(6):2311-2324. DOI:10.1159/000489621.
SONG M S,MIHARA K,CHEN Y,et al. Mitochondrial fission and fusion factors reciprocally orchestrate mitophagic culling in mouse hearts and cultured fibroblasts[J]. Cell Metab,2015,21(2):273-286. DOI:10.1016/j.cmet.2014.12.011.
SEBASTIáN D,SORIANELLO E,SEGALéS J,et al. Mfn2 deficiency links age-related sarcopenia and impaired autophagy to activation of an adaptive mitophagy pathway[J]. EMBO J,2016,35(15):1677-1693. DOI:10.15252/embj.201593084.
ESLAM M,SANYAL A J,GEORGE J,et al. MAFLD:a consensus-driven proposed nomenclature for metabolic associated fatty liver disease[J]. Gastroenterology,2020,158(7):1999-2014.e1. DOI:10.1053/j.gastro.2019.11.312.
GON?ALVES I O,PASSOS E,DIOGO C V,et al. Exercise mitigates mitochondrial permeability transition pore and quality control mechanisms alterations in nonalcoholic steatohepatitis[J]. Physiol Appliquee Nutr Metab,2016,41(3):298-306. DOI:10.1139/apnm-2015-0470.
DONG J H,LOOR J J,ZUO R K,et al. Low abundance of mitofusin 2 in dairy cows with moderate fatty liver is associated with alterations in hepatic lipid metabolism[J]. J Dairy Sci,2019,102(8):7536-7547. DOI:10.3168/jds.2019-16544.
BACH D,PICH S,SORIANO F X,et al. Mitofusin-2 determines mitochondrial network architecture and mitochondrial metabolism. A novel regulatory mechanism altered in obesity[J]. J Biol Chem,2003,278(19):17190-17197. DOI:10.1074/jbc.M212754200.
PAWLIKOWSKA P,GAJKOWSKA B,ORZECHOWSKI A. Mitofusin 2(Mfn2):a key player in insulin-dependent myogenesis in vitro[J]. Cell Tissue Res,2007,327(3):571-581. DOI:10.1007/s00441-006-0320-3.
SCHNEEBERGER M,DIETRICH M O,SEBASTIáN D,et al. Mitofusin 2 in POMC neurons connects ER stress with leptin resistance and energy imbalance[J]. Cell,2013,155(1):172-187. DOI:10.1016/j.cell.2013.09.003.
HERNáNDEZ-ALVAREZ M I,SEBASTIáN D,VIVES S,et al. Deficient endoplasmic reticulum-mitochondrial phosphatidylserine transfer causes liver disease[J]. Cell,2019,177(4):881-895.e17. DOI:10.1016/j.cell.2019.04.010.
KIM S J,KHAN M,QUAN J,et al. Hepatitis B virus disrupts mitochondrial dynamics:induces fission and mitophagy to attenuate apoptosis[J]. PLoS Pathog,2013,9(12):e1003722. DOI:10.1371/journal.ppat.1003722.
中華醫學會肝病學分會,中華醫學會消化病學分會,中華醫學會感染病學分會. 肝纖維化診斷及治療共識(2019年)[J]. 胃腸病學,2019,24(9):546-556. DOI:10.3969/j.issn.1008-7125.2019.09.007.
ZHU H Z,SHAN Y Q,GE K,et al. Specific overexpression of mitofusin-2 in hepatic stellate cells ameliorates liver fibrosis in mice model[J]. Hum Gene Ther,2020,31(1/2):103-109. DOI:10.1089/hum.2019.153.
WANG R,ZHANG H,WANG Y Y,et al. Inhibitory effects of quercetin on the progression of liver fibrosis through the regulation of NF-кB/IкBα,p38 MAPK,and Bcl-2/Bax signaling[J]. Int Immunopharmacol,2017,47:126-133. DOI:10.1016/j.intimp.2017.03.029.
LUO Q Y,HUO P,WANG L L,et al. The influencing mechanism of mTOR signal pathway mediated by mitofusin-2 in development of follicle[J]. Eur Rev Med Pharmacol Sci,2018,22(8):2212-2217. DOI:10.26355/eurrev_201804_14806.
CHEN Z P,LIN Z Y,YU J D,et al. Mitofusin-2 restrains hepatic stellate cells' proliferation via PI3K/Akt signaling pathway and inhibits liver fibrosis in rats[J]. J Healthc Eng,2022,2022:6731335. DOI:10.1155/2022/6731335.
WANG X M,LIU Y D,SUN J,et al. Mitofusin-2 acts as biomarker for predicting poor prognosis in hepatitis B virus related hepatocellular carcinoma[J]. Infect Agent Cancer,2018,13:36. DOI:10.1186/s13027-018-0212-7.
曾釵明,嚴茂林,石益海,等. 17β羥基類固醇脫氫酶13和線粒體融合蛋白2在肝細胞癌組織中的表達變化及生物信息學分析[J]. 臨床肝膽病雜志,2019,35(12):2736-2740. DOI:10.3969/j.issn.1001-5256.2019.12.019.
文峰,向燕. MiR-150、CCNB1及MFN2參與調控肝癌細胞Huh-7凋亡并抑制其侵襲遷移的機制研究[J]. 海南醫學院學報,2019,25(9):650-653. DOI:10.13210/j.cnki.jhmu.20190325.002.
ZHOU X H,ZHANG L S,ZHENG B C,et al. MicroRNA-761 is upregulated in hepatocellular carcinoma and regulates tumorigenesis by targeting Mitofusin-2[J]. Cancer Sci,2016,107(4):424-432. DOI:10.1111/cas.12904.
XUE R,YANG J,JIA L,et al. Mitofusin2,as a protective target in the liver,controls the balance of apoptosis and autophagy in acute-on-chronic liver failure[J]. Front Pharmacol,2019,10:601. DOI:10.3389/fphar.2019.00601.
XUE R,ZHU X M,JIA L,et al. Mitofusin2,a rising star in acute-on-chronic liver failure,triggers macroautophagy via the mTOR signalling pathway[J]. J Cell Mol Med,2019,23(11):7810-7818. DOI:10.1111/jcmm.14658.
(收稿日期:2023-03-01;修回日期:2023-04-07)
(本文編輯:王世越)