肝臟是我們體內至關重要的代謝器官，但當脂肪在其中過度堆積，便會引發代謝相關脂肪性肝病（MAFLD），這是一種全球范圍內日益流行的慢性肝病，并可進一步發展為脂肪性肝炎、肝纖維化甚至肝癌。在探索其發病機制的過程中，氨基酸的代謝失衡被認為扮演著關鍵角色。其中，非必需氨基酸天冬氨酸（ASP）是嘌呤、天冬酰胺和精氨酸生物合成的關鍵前體，并與體內重要的抗氧化劑谷胱甘肽（GSH）的合成密切相關，但其在MAFLD中的具體角色，卻像一塊未解開的拼圖，充滿了未知。

過去的研究更多關注于支鏈氨基酸和芳香族氨基酸在MAFLD中的變化，而對同樣重要的非必需氨基酸，尤其是天冬氨酸，卻所知甚少。與此同時，一種新近被認識的細胞死亡方式——鐵死亡（Ferroptosis），因其與脂質代謝和氧化應激的緊密關聯，正成為研究MAFLD等代謝疾病的熱點。鐵死亡的特點是鐵依賴性的脂質過氧化，而轉硫途徑（Transsulfuration pathway）作為合成谷胱甘肽的關鍵通路，其失調被認為是鐵死亡的代謝特征。那么，在MAFLD中水平下降的天冬氨酸，是否通過調控轉硫途徑和鐵死亡來影響疾病進程呢？這成為了一個亟待回答的科學問題，對于理解MAFLD的病理機制和尋找新的治療靶點具有重要價值。

為此，來自浙江大學醫學院附屬第一醫院的研究團隊進行了一項深入探究。他們的研究首次系統揭示了天冬氨酸在MAFLD中的保護作用及其獨特的分子機制，相關成果發表在《Journal of Biological Chemistry》上。

本研究綜合運用了臨床樣本分析、動物模型構建以及多組學技術。研究者首先通過質譜法檢測了人類MAFLD患者和小鼠模型的肝臟非必需氨基酸譜。為了驗證天冬氨酸的治療效果，他們構建了高脂飲食（HFD）誘導的MAFLD小鼠模型，并通過在飼料中添加1.25%的天冬氨酸或飲水中添加10 mM天冬氨酸的方式進行干預。此外，還使用了遺傳性肥胖的ob/ob小鼠模型以進一步評估療效。在體外，使用游離脂肪酸（FFA）或棕櫚酸（PA）刺激小鼠原代肝細胞誘導脂肪變性模型。研究采用了葡萄糖耐量試驗（GTT）和胰島素耐量試驗（ITT）評估代謝功能，通過Seahorse XF分析儀測量細胞能量代謝表型（即線粒體耗氧率OCR）。為了揭示機制，他們進行了肝臟組織的RNA測序（RNA-Seq）分析和非靶向代謝組學分析。關鍵靶點蛋白的表達通過蛋白質印跡（Western Blot）進行檢測，細胞內的脂質活性氧（ROS）水平使用C11-BODIPY探針并通過流式細胞術進行定量，谷胱甘肽（GSH）含量則使用商業試劑盒測定。為了驗證鐵死亡的作用，研究中使用了特異性的鐵死亡抑制劑Liproxstatin-1。

研究團隊通過質譜分析發現，在人類MAFLD患者和高脂飲食喂養的小鼠肝臟中，天冬氨酸是唯一一致且顯著減少的非必需氨基酸。血清中的天冬氨酸水平也相應下降。在肝細胞內，天冬氨酸的濃度最高，而用游離脂肪酸刺激原代肝細胞誘導脂肪變性后，細胞內的天冬氨酸含量也隨之降低。有趣的是，當在培養基中添加天冬氨酸（5 mM）時，能夠顯著改善由游離脂肪酸或棕櫚酸誘導的肝細胞脂質積累。這些數據表明，肝脂肪變性與游離脂肪酸誘導的天冬氨酸水平下調有關。

為了探究補充天冬氨酸的益處，研究人員在高脂飲食中添加了1.25%的天冬氨酸。結果顯示，補充天冬氨酸有效逆轉了高脂飲食導致的小鼠肝臟天冬氨酸濃度下降。雖然研究結束時各組小鼠體重相當，但天冬氨酸干預組的小鼠肝臟重量與體重比值、反映肝損傷的丙氨酸轉氨酶（ALT）和天冬氨酸轉氨酶（AST）水平以及肝內甘油三酯（TG）含量均顯著降低。肝組織切片（H&E和油紅O染色）也直觀地證實了天冬氨酸對高脂飲食誘導的肝脂肪變性的改善作用。此外，天冬氨酸處理還下調了肝臟中與脂肪合成相關的基因（如SREBP1c， FAS， ACC， CIDEA）的mRNA和蛋白表達水平。重要的是，長期補充天冬氨酸并未影響血清肌酐、尿素氮、肌酸激酶或乳酸脫氫酶水平，表明其具有較好的安全性。通過飲水補充天冬氨酸（10 mM）也觀察到了類似的改善效果。

胰島素抵抗是MAFLD的常見表現。研究發現，膳食補充天冬氨酸顯著改善了高脂飲食小鼠的葡萄糖不耐受（GTT）和胰島素抵抗（ITT），降低了空腹血漿胰島素水平和胰島素抵抗指數（HOMA-IR）。同時，天冬氨酸還使高脂飲食引起的高肝糖原含量恢復正常。通過飲水補充天冬氨酸同樣改善了高脂飲食小鼠的葡萄糖耐量和胰島素敏感性。這些結果表明，天冬氨酸能增強高脂飲食小鼠的胰島素敏感性。

鑒于天冬氨酸的主要功能是為線粒體中的三羧酸循環提供氨基，研究者評估了其對線粒體功能的凈效應。利用Seahorse XF細胞能量表型測試，他們發現與僅用游離脂肪酸處理的對照組相比，天冬氨酸處理的游離脂肪酸培養的原代肝細胞的耗氧率顯著增加，表明線粒體氧化能力增強。游離脂肪酸處理降低了最大呼吸、備用呼吸能力和ATP相關呼吸，而這些都因天冬氨酸的補充而得到部分恢復。與氧化磷酸化的改善一致，天冬氨酸補充挽救了由游離脂肪酸或高脂飲食誘導的肝臟UQCRC2（線粒體復合物III的一個組分）表達的降低。

為了全面了解肝臟對天冬氨酸的轉錄組反應，研究者進行了RNA測序分析。基因本體（GO）富集分析顯示，天冬氨酸補充顯著改變了高脂飲食喂養小鼠肝臟中與硫化合物代謝過程和硫化合物結合相關的通路。在轉硫途徑的關鍵酶中，胱硫醚β-合成酶（CBS）被確定為天冬氨酸作用的主要下游靶點。代謝組學分析顯示，與高脂飲食組相比，天冬氨酸補充組的肝臟中甲硫氨酸和胱硫醚水平更高，而中間產物S-腺苷甲硫氨酸水平更低，表明天冬氨酸可能調節轉硫途徑。體內外實驗均證實，天冬氨酸補充上調了脂肪變性肝細胞中CBS的蛋白水平。由于轉硫途徑對谷胱甘肽合成至關重要，其受損會導致谷胱甘肽耗竭和關鍵的鐵死亡抑制酶——谷胱甘肽過氧化物酶4（GPX4）失活，研究者假設天冬氨酸通過調節鐵死亡來減輕肝臟脂肪變性。實驗證實，游離脂肪酸刺激顯著增加了原代肝細胞中的脂質活性氧（鐵死亡的標志），而天冬氨酸處理減弱了這種增加。同時，天冬氨酸補充阻止了高脂飲食小鼠肝臟中GPX4表達的下調。最后，用CBS抑制劑氨基氧乙酸（AOAA）處理，完全消除了天冬氨酸誘導的游離脂肪酸處理肝細胞中谷胱甘肽含量的增加。這些數據表明，天冬氨酸通過上調CBS表達來抑制MAFLD進展，其機制很可能涉及轉硫途徑和鐵死亡的抑制。

為了進一步驗證天冬氨酸特異性抑制鐵死亡，研究人員使用了脂質過氧化特異性抑制劑Liproxstatin-1。Liproxstatin-1處理顯著改善了高脂飲食小鼠的肝臟重量、血清肝損傷標志物、葡萄糖耐量和胰島素敏感性。值得注意的是，在已用Liproxstatin-1處理的高脂飲食小鼠中，補充天冬氨酸并未對這些參數帶來額外益處。同樣，在原代肝細胞中，Liproxstatin-1顯著降低了細胞內甘油三酯，但在與天冬氨酸共處理的細胞中，這種效應消失。這些數據證明，天冬氨酸對MAFLD的改善作用依賴于對鐵死亡的抑制。

在遺傳性肥胖模型（ob/ob小鼠）中，通過飲水補充天冬氨酸同樣顯著降低了體重、肝臟重量、腹部脂肪量以及肝臟損傷標志物，減輕了肝臟脂質積累，并顯著下調了關鍵脂肪生成基因的mRNA和蛋白表達水平。這些發現表明，天冬氨酸補充在遺傳性肥胖小鼠中也抑制了MAFLD的進展。

本研究得出了一系列重要結論。首先，研究證實天冬氨酸（ASP）補充能減輕MAFLD小鼠的肝臟脂質堆積。更重要的是，研究首次揭示了其背后的核心機制：天冬氨酸通過上調胱硫醚β-合成酶（CBS）的表達，激活轉硫途徑，從而增加細胞內的谷胱甘肽（GSH）水平，并有效抑制了鐵死亡這一細胞死亡過程。進一步的驗證實驗表明，使用鐵死亡抑制劑Liproxstatin-1可以模擬天冬氨酸的益處，而當天冬氨酸與抑制劑聯用時，其改善作用不再疊加，這強有力地證明天冬氨酸對MAFLD的改善作用正是通過抑制鐵死亡來實現的。此外，研究還發現天冬氨酸能改善胰島素敏感性、抑制脂肪生成，并部分增強線粒體呼吸功能。

這項研究的意義在于，它首次將天冬氨酸的缺乏與MAFLD中鐵死亡的激活聯系起來，并明確了CBS是這一過程的關鍵中介分子。這不僅為理解MAFLD的病理機制提供了新的視角——即氨基酸代謝紊亂（特別是天冬氨酸缺乏）通過轉硫途徑-鐵死亡軸驅動疾病進展，更重要的是，它指出了天冬氨酸作為一種潛在治療藥物的新價值。天冬氨酸本身已在臨床上用于治療肝炎和肝硬化，具有良好的安全性基礎。本研究為其“老藥新用”治療MAFLD提供了堅實的臨床前證據和明確的分子靶點（CBS-鐵死亡通路），為開發針對MAFLD的新型治療策略開辟了有前景的方向。未來，設計嚴謹的人體干預性研究將是推動天冬氨酸走向臨床應用的關鍵一步。