近年来，非传染性疾病 (Noncommunicable diseases，NCDs) 在全球范围内的发病率不断上升，已成为严重的公共卫生问题。其中，全球糖尿病、肥胖、非酒精性脂肪肝、高脂血症和动脉粥样硬化等代谢性心血管疾病患病率逐年攀升，造成巨大经济社会负担。研究这些代谢性疾病的发病机制有助于我们寻找新的治疗靶点并开发新型药物。非酒精性脂肪性肝病（Non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD）是全球最常见的慢性肝脏疾病。然而迄今为止，美国食品和药物管理局(FDA)或欧洲药品管理局(EMA)尚未批准任何抗NAFLD药物。因此，亟待深入了解该疾病的发病机制并研发针对NAFLD的靶向治疗药物。
代谢系统受到广泛的蛋白翻译后修饰（Post-translational modifications, PTMs）调控。蛋白质翻译后修饰是指蛋白质在翻译后的加工过程中发生的修饰或引入磷酸基、甲基等功能基团的过程。通过改变蛋白质的理化性质，PTMs可以动态调节蛋白质的活性、定位、折叠以及与其他生物大分子之间的相互作用。随着研究的深入，磷酸化、乙酰化、泛素化、糖基化、乳酸化以及各种新型酰化修饰等逐渐被大众认识。大量研究表明，这些PTMs的异常与代谢疾病之间存在密切关系，因此，PTMs正在成为治疗代谢性疾病的新靶点。在众多PTM之中，泛素化修饰是最常见的调控方式之一。
2024年3月1日，中国科学技术大学翁建平教授团队在Journal of Clinical Investigation杂志以封面论文形式发表了题名为“TRIM56 protects against non-alcoholic fatty liver disease by promoting the degradation of fatty acid synthase”的研究论文。该研究利用基于脂质沉积表型的高内涵成像分析系统筛选出抑制脂质沉积的E3泛素连接酶TRIM56，并进而通过实验验证了TRIM56通过泛素化修饰脂肪酸合成关键蛋白FASN来延缓NAFLD进展。在此基础上，研究人员还设计了靶向小分子药物设计并进行实验验证，证明了TRIM56-FASN轴是潜在的NAFLD治疗靶点。
非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）是全球最常见的肝脏疾病，包括从单纯脂肪变性或非酒精性脂肪肝（NAFL）到非酒精性脂肪性肝炎（Nonalcoholic steatohepatitis, NASH），再到NASH相关纤维化、肝硬化和肝细胞癌的一系列疾病。如果得不到有效治疗，NAFL可能会进展为NASH，增加肝衰竭的风险。目前，尚没有针对NAFLD的有效治疗药物获得批准，因此，迫切需要充分了解疾病的发病机制，并研发新型的NAFLD治疗药物。
脂质沉积引起的脂毒性是是NAFLD代谢紊乱的关键驱动因素之一。肝脏中的游离脂肪酸一方面参与脂质从头合成，另一方面又会引起脂毒性、代谢紊乱、胰岛素抵抗及氧化应激，导致肝细胞的脂肪变性、损伤和死亡，最终引发NAFLD的发生发展。泛素是一种小分子蛋白质，普遍存在于真核生物细胞中。泛素化修饰指的是在泛素分子在一系列酶的作用下结合到蛋白质的赖氨酸残基上，这是最常见的PTM之一，调节多种重要的细胞功能。泛素-蛋白酶体途径对蛋白质降解至关重要，因而控制NAFLD关键蛋白质周转（turnover）有望调控脂代谢核心过程。
首先，研究者进行了新型调节因子的筛选。通过生信叠加分析，研究者确定三结构域蛋白家族（Tripartite-motif, TRIM）是参与人和小鼠NAFLD进展的共同蛋白家族。随后，研究者利用尼罗红染色和高内涵成像分析系统，通过si-RNA文库对TRIM家族进行筛选验证，鉴定出TRIM56是潜在的NAFLD保护因子。研究者随即研究了TRIM56在NAFLD肝脏中的表达模式。研究发现，TRIM56蛋白在人NAFLD肝组织以及饮食诱导的小鼠NAFLD肝组织中下调，而其基因水平不变。并且，TRIM56蛋白的表达变化仅出现在肝细胞中，在肝脏非实质细胞中无变化，进一步研究揭示了发生此变化的可能原因为：游离脂肪酸促进了TRIM56蛋白的下调。
接着，研究者进行了TRIM56的体外及体内功能学研究。研究者利用棕榈酸和油酸（PO）刺激肝细胞构建体外脂质蓄积模型。在原代肝细胞中过表达Trim56蛋白，可减轻细胞中脂质沉积并抑制脂代谢相关通路，而Trim56缺陷的原代肝细胞则表现出更严重的脂滴及激活的脂代谢相关通路。随后，研究者构建了Trim56肝细胞特异性敲除小鼠Trim56-HKO以及Trim56肝脏过表达小鼠Trim56-HTg，并利用高脂饮食（High-fat diet, HFD）诱导小鼠NAFLD模型。结果显示，Trim56敲除加剧了饮食诱导的肝脏脂质沉积及激活脂代谢相关通路，而Trim56过表达则效果相反。
随后，研究者探究了TRIM56调控NAFLD的分子机制。研究者将HFD诱导后的敲除小鼠和对照小鼠的肝组织进行转录组测序，将PO诱导后的Trim56-KO原代肝细胞和对照肝细进行转录组测序，并进行蛋白互作分析。结果显示FASN蛋白是首选的TRIM56潜在结合蛋白。研究者发现过表达Trim56抑制FASN蛋白及下游信号蛋白，敲低Trim56则反之。研究者通过IP实验、GST-pull down实验及SPR实验验证了TRIM56蛋白与FASN蛋白的相互作用，并通过实验分析发现TRIM56蛋白的522-755aa片段是与FASN的互作片段。在更进一步的机制研究中，研究者发现了TRIM56通过催化K48类型泛素化诱导FASN的蛋白酶体途径降解，从而抑制FASN蛋白表达及下游的脂质合成反应。
最后，研究者发现了新型FASN抑制剂FASstatin。鉴于前文发现FASN是TRIM56下游关键的脂质合成分子，研究者首先使用腺病毒过表达FASN并使用经典FASN抑制剂C75开展细胞实验。结果显示，过表达FASN可以显著抑制细胞内脂质沉积及脂质相关通路基因，而抑制FASN活性则效果相反。随后，研究者以FASN硫酯酶结构域为靶点进行AI药物预测筛选，并通过高内涵成像系统筛选出新型FASN抑制剂FASstatin。体外实验显示FASstatin与FASN有直接相互作用，并通过抑制FASN的酶活性及蛋白表达，抑制细胞内脂质沉积。FASstatin还可以促进TRIM56-FASN相互作用，以及促进TRIM56诱导的FASN降解。体内实验显示，FASstatin安全有效地抑制肝组织脂质沉积，缓解HFD诱导的小鼠NAFLD及CDAHFD诱导的小鼠NASH进展。
综上，该研究通过从转录组分析到siRNA文库的多层筛选，发现TRIM蛋白家族在肝脂肪变性和NAFLD发展中发挥重要作用。在 TRIM 家族成员中，TRIM56可以直接与 FASN 相互作用并促进其降解，因而被确定为肝脏脂质堆积的内源性负调节因子。通过整合人工智能辅助的药物发现，研究者发现了一种新型FASN抑制剂——FASstatin，它可以促进TRIM56介导的FASN蛋白降解并抑制小鼠NAFLD。该研究拓展了 TRIM56 在抗病毒先天免疫中的已知作用，揭示了靶向TRIM56-FASN 轴在治疗NAFLD中的巨大潜力。
中国科学技术大学翁建平教授为该论文的通讯作者，徐索文研究员、吴秀媚博士、王思晨硕士为该论文的共同第一作者。该研究得到了科技部国家重点研发计划和国家自然科学基金委的资助。
原文链接：https://www.jci.org/articles/view/166149