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庫普弗細胞（Kupffer cells, KCs）是肝臟的組織駐留型巨噬細胞，它們在胚胎發育早期就定植于肝臟。一旦進入肝臟，庫普弗細胞迅速獲得一種組織特異性的轉錄特征，并隨著肝臟的發育而成熟并適應其功能。在整個發育過程及成年階段，庫普弗細胞執行多種核心功能，這些功能對于肝臟和整個機體的穩態至關重要，包括胎兒紅細胞生成、出生后紅細胞的回收以及肝臟代謝等。然而，目前尚不清楚在發育過程中對巨噬細胞核心功能的干擾是否會促成或直接導致出生后的疾病。

基于此，2025年6月18日，德國波恩大學生命與醫學科學研究所Elvira Mass研究團隊在Nature雜志發表了“Kupffer cell programming by maternal obesity triggers fatty liver disease”揭示了母體肥胖對庫普弗細胞的編程作用引發脂肪肝疾病。

在此研究中，作者利用了一個母體肥胖的小鼠模型在妊娠期間干擾庫普弗細胞的功能。發現暴露于母體肥胖環境下的后代會發展出脂肪肝疾病，這是由于庫普弗細胞在發育過程中被異常編程并且這種異常狀態持續到成年所致。被編程的庫普弗細胞通過分泌載脂蛋白促進肝細胞對脂質的攝取。在肥胖母親所生的新生小鼠中，清除異常的庫普弗細胞并用正常的單核細胞替代，可以逆轉脂肪肝疾病。此外，在妊娠期間特異性敲除巨噬細胞中編碼缺氧誘導因子-α（HIF1α）的基因，可阻止庫普弗細胞從氧化磷酸化向糖酵解的代謝編程轉變，從而避免脂肪肝的發生。這些結果確立了庫普弗細胞在發育過程中功能異常作為成年后脂肪肝疾病的因果因素。

圖一 母親肥胖會導致后代發生脂肪肝病

母親肥胖與后代肥胖和肝臟疾病在人類和動物模型中均有關聯，但其機制尚不明確。作者假設KCs可能因其早期定植于肝臟并參與代謝過程，從而導致脂肪肝病（FLD）。研究人員對C57BL/6Jrcc雌性小鼠喂食高脂飲食（HFD）8周，使其體重增加并出現胰島素抵抗。這些飲食條件并未引發母體炎癥反應，血清細胞因子和趨化因子檢測顯示只有IL-1α、CCL7和瘦素水平升高。隨后將這些雌性小鼠與正常飲食（CD）喂養的雄鼠交配，并通過交叉哺乳和斷奶實驗區分妊娠期與哺乳期的影響。結果顯示，出生后繼續接受正常飲食的母體肥胖組（HFDMCDLCD）或斷奶后接受高脂飲食的組別（HFDMHFDLCD）在體重或白色脂肪組織（WAT）重量上與母體正常組（CDMCDLCD）無明顯差異。只有那些斷奶后接受高脂飲食的組別（CDMCDLHFD、HFDMCDLHFD和HFDMHFDLHFD）出現了肥胖現象，表明斷奶后的飲食而非單純的母親肥胖決定了整體體重和脂肪含量。然而，所有母親肥胖組的肝臟脂質含量均增加，油紅O染色和H&E染色結果一致，盡管各組間肝臟重量相似。主成分分析和脂質組聚類分析也表明，母親肥胖且最終接受正常飲食的組別（HFD>CD）與其他接受高脂飲食作為最終飲食的組別（CD>HFD和HFD>HFD）以及正常對照組（CD>CD）明顯不同。具體而言，HFDMCDLCD和HFDMHFDLCD組的飽和甘油三酯、二酰基甘油和膽固醇酯等脂質種類顯著增加，而其他組僅表現出中度脂質積累。進一步進行超過900種代謝物和脂質的血清代謝組學分析，發現組間差異主要反映最終飲食狀態（正常飲食或高脂飲食）。比較母體正常與母親肥胖但體重相似的子代，發現129種代謝物顯著改變，主要富集在牛磺酸和亞牛磺酸代謝、精氨酸合成和組氨酸代謝通路中。尤其是谷氨酰胺與谷氨酸的比例顯著升高，這可能是母親肥胖導致脂肪肝的一個生物標志物。綜上所述，母親肥胖會誘導子代產生一種不同于出生后飲食引起的獨特脂肪肝表型。RNA測序顯示，KCs的基因表達模式主要受孕期母體飲食影響，此外，Myd88、Gpnmb及單核細胞特異性基因Ccr2和Cx3cr1也在該模塊中表達最高。光譜流式細胞術代謝分析，發現母親肥胖組的KCs中琥珀酸脫氫酶（SDHA）和葡萄糖轉運蛋白GLUT1表達降低，表明母親肥胖損害了子代KCs的代謝能力。在系統水平上，未觀察到血清細胞因子升高或骨髓前體細胞變化。綜上，母親肥胖所導致的脂肪肝伴隨局部炎癥，并表現為KCs由氧化磷酸化向糖酵解的代謝轉換。

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圖二 在母親肥胖后，KCs仍保留卵黃囊來源并通過旁分泌信號引起脂滴積累

飲食誘導的脂肪肝病（FLD）模型顯示，單核細胞大量浸入肝臟并取代了原本來自卵黃囊的KCs。作者的RNA測序數據提示，在母親肥胖所生的后代中，KCs表現出一定的單核細胞特征。為了研究KCs的起源，構建了一種雙譜系追蹤小鼠模型，可以同時追蹤卵黃囊來源的前體巨噬細胞和骨髓來源的單核細胞。此前已證實，Tnfrsf11aCre小鼠能高效標記前體巨噬細胞及其后代。但由于Tnfrsf11a是一個核心巨噬細胞基因，在單核細胞分化為巨噬細胞后才會表達，因此無法區分胎兒來源與骨髓來源的巨噬細胞。為此，還使用了新開發的Ms4a3FlpO小鼠，因其能特異性標記單核細胞及其衍生的巨噬細胞。Ms4a3FlpO小鼠的譜系追蹤效率與Ms4a3Cre相當，超過95%的Ly6C+血液單核細胞被tdTomato標記。其中約有13%的單核細胞已表達YFP，表明它們開始啟動巨噬細胞程序，但沒有僅表達YFP的單核細胞，說明該雙譜系追蹤系統可以明確區分卵黃囊來源與成年骨髓來源的造血細胞。在小膠質細胞等卵黃囊來源的組織中也觀察到高YFP標記率。在11至12周齡的母體正常組（CDMCDLCD）小鼠肝臟中，超過96%的KCs為YFP+，僅有極少數被tdTomato標記，符合其卵黃囊來源。即使在母親肥胖和成年后脂肪肝環境下，KCs仍保留胚胎期的卵黃囊來源，說明它們可能作為跨代信息傳遞者，將孕期經歷的信息延續到成年階段。作者將正常飲食組（CDMCDLCD）和母親肥胖組（HFDMCDLCD）來源的KCs分別與肝細胞共培養且不直接接觸，確保僅通過旁分泌方式進行信號傳遞。利用LD540染色實時監測肝細胞內的脂質積累情況。結果顯示，與HFDMCDLCD KCs共培養的肝細胞在4小時后顯示出更高的脂質積累，表現為更強的LD540熒光信號，表明這些KCs通過旁分泌機制促進了脂肪堆積。為進一步在體內驗證KCs對肝細胞脂質積累的影響，作者使用了KCs特異性表達白喉毒素受體（DTR）的小鼠模型（Clec4f-DTR），可在注射白喉毒素后24小時內特異性清除KCs。構建了HFDMCDLCD后代小鼠，分別攜帶Clec4fDTR/+或Clec4f+/+基因型。出生當天注射白喉毒素以清除Clec4fDTR/+小鼠中的KCs并在次日移植來自健康小鼠的tdT+骨髓單核細胞和造血干細胞（HSPCs）以重建KCs群體。確認在Clec4fDTR/+成年小鼠肝臟中存在tdT+的KCs樣細胞，盡管部分KCs樣細胞也來源于內源性未標記的祖細胞。這種處理有效緩解了Clec4fDTR/+HFDMCDLCD小鼠的脂肪肝表型，油紅O和H&E染色顯示肝細胞內脂滴顯著減少。相比之下，接受相同處理的Clec4f+/+同窩小鼠并未出現改善，與C57BL/6Jrcc小鼠的結果一致。此外，僅依靠內源性單核細胞或HSPCs以及殘留KCs填充空缺的KCs生態位（即未進行細胞移植的Clec4fDTR/+小鼠），未能改善脂肪肝表型，說明HSPCs本身也可能受到發育編程的影響。總之，結果證明母親肥胖導致的脂肪肝病中，KCs通過旁分泌因子驅動肝細胞的脂質積累。

圖三 母親肥胖會引發其后代KCs中的表觀遺傳和轉錄水平的變化

母親肥胖所引發的脂肪肝病（FLD）只有在子代繼續接受正常飲食的情況下，通過敲除Hif1a基因才能得到緩解。為了探究肝細胞在長期高脂飲食下是否會吸引免疫細胞，并導致肝臟局部炎癥緩慢增強，分析了肝細胞轉錄組數據中趨化因子的表達情況。結果顯示，在母親肥胖背景下喂養高脂飲食的小鼠肝細胞中，Agt、C3、Lect2和Cxcl12等與單核細胞和中性粒細胞招募相關的因子顯著上調。主成分分析表明，KCs的轉錄程序主要受孕期母體飲食影響，而非出生后的飲食類型。只有來自HFDMCD KO小鼠的KCs聚集在母體正常組中，說明母親肥胖引起的發育編程是HIF1α依賴的。進一步比較HFDMCD WT與HFDMCD KO KCs的差異表達基因（DEGs），發現409個基因存在顯著變化。GO富集分析顯示，這些下調基因主要參與脂肪酸代謝、異物代謝應答和血液凝固等功能。鑒于體外實驗表明KCs通過旁分泌因子促進脂質積累，篩選了可能由KCs分泌并作用于肝細胞的配體。在25個差異表達的配體中，大多數在HFDMCD WT KCs中表達更高，包括載脂蛋白（Apob、Apoa1）以及多種凝血因子（Fga、Fgb、Fgg、F2、F8、F9）。為了驗證這些分子在蛋白水平的變化，對不同組別的KCs進行了蛋白質組學分析。結果識別出66個受母親肥胖影響的蛋白、59個HIF1α依賴的蛋白，以及147個同時受兩者影響的交叉蛋白。功能富集分析揭示這些蛋白涉及甘油三酯代謝、補體與凝血級聯、胰島素樣生長因子受體信號通路和細胞外基質相互作用等過程。HIF1α缺失可阻止許多蛋白的上調，表明HIF1α在調控這些蛋白表達中起關鍵作用。KCs被細分為五個狀態，其中第2和第3簇在母親肥胖組中比例上升，并表現出高水平的MHC II類基因和免疫調節及代謝相關基因。MHC II類蛋白在HFDMCDLCD小鼠肝臟實質中廣泛表達，而在CDMCDLCD小鼠中僅限于門靜脈和中央靜脈周圍區域。最后，作者利用CellChat分析評估HFDMCDLCD KCs中激活的信號通路。結果表明，母親肥胖顯著增強了APOE和APOA1信號通路的細胞間通訊。基因表達分析證實這兩個載脂蛋白在所有HFDMCDLCD狀態中均上調，且與PPARα和PPARγ的轉錄因子活性增強一致。ATAC-seq還顯示，在HFDMCDLCD第3簇中，Apoe啟動子上游區域出現新的增強子峰，包含PPARα/γ–RXRα結合位點。為進一步驗證載脂蛋白是否促進肝細胞脂質積累，在肝細胞培養中分別加入APOE和APOA1，并使用TNF作為陽性對照。結果顯示，所有處理組的LD540熒光信號均增強，其中以APOE最為顯著。綜上所述，母親肥胖通過HIF1α依賴的發育編程，導致成年后代KCs中載脂蛋白表達上調，從而促進肝細胞脂質積累，最終誘發脂肪肝病的發生。

總結

作者的研究確立了KCs在肝臟代謝中的關鍵作用，揭示了其對孕期母親高脂飲食與出生后高脂飲食的不同響應機制。發現孕期母親高脂飲食通過HIF1α依賴的方式對KCs進行代謝與轉錄層面的“編程”，從而引發持續性的功能改變，促進脂肪肝的發生。這一發現為干預KCs的代謝狀態提供了潛在的治療時間窗口，從而預防子代脂肪肝病的發展。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09190-w