近日，上海交通大学附属第六人民医院胡承课题组在期刊Diabetes上发表题为Mutations of NRG4 contribute to the pathogenesis of non-alcoholic fatty liver disease and related metabolic disorders的研究论文，揭示了从人群中发现的NRG4基因及突变参与非酒精性脂肪肝的发生机制。
NRG4是神经调节蛋白 NRG 家族成员之一，主要表达在特定的外周组织，其中以棕色脂肪组织表达水平最高。NRG4基因敲除小鼠体重增长更快，肝内甘油三酯沉积加重，胰岛素抵抗增加，糖耐量下降，然而，NRG4在人群中的保护作用尚未得到验证，其如何参与人类代谢性疾病的发生尚不清楚。
该研究在大样本人群中通过基因芯片检测分析，发现NRG4基因所在的染色体15 q24.2区域为代谢紊乱热点区域，与血甘油三酯、r-GT及HOMA-IR等代谢指标密切相关，提示NRG4在人体糖脂代谢中发挥重要作用。为进一步明确NRG4基因参与代谢性疾病的机制，课题组针对NRG4编码区进一步寻找致病位点。利用外显子芯片测序分析并定位罕见突变R44H，同一家系中一对亲兄弟为该突变携带者，临床表现为正常体重但腹内脂肪积聚、血脂升高及肝功能异常；利用全外显子测序技术在重度肥胖个体中测序发现NRG4基因新型突变E47Q携带者，BMI高达39.78kg/m2，但腹内脂肪面积仅为64.56 cm2，远远小于东亚女性相似BMI情况下的腹内脂肪面积（142.44 cm2），糖脂代谢及肝脏功能均正常。考虑到NRG4与人体代谢指标的密切相关性，而不同类型的NRG4突变（R44H和E47Q）携带者出现不同的临床表现，这又是否与突变的类型相关？
为探讨这一研究设想，研究团队利用腺相关病毒分别构建了不同类型的过表达小鼠，包括NRG4野生型（NRG4-WT），NRG4 R44H突变型（NRG4-R44H），NRG4 E47Q突变型（NRG4-E47Q）及对照组（GFP）。在高脂喂养情况下，与对照组相比，NRG4-WT体重明显降低，空腹血糖降低，胰岛素抵抗出现明显缓解，肝脏脂肪沉积减少，以上提示NRG4一定程度上可以抵抗高脂饮食诱导的肥胖和脂肪肝的发生，起到代谢保护作用。突变组小鼠则出现了不同的表现类型。与野生型NRG4-WT相比，R44H组体重增加，血糖升高，肝脏脂质沉积增加，而E47Q组小鼠体重曲线与野生型相似，但是其肝脏脂质沉积较野生型减少。
为进一步阐明NRG4及突变在肝脏脂质沉积方面的作用，作者构建了不同种类的重组蛋白：NRG4-WT；NRG4-R44H；NRG4-E47Q，并对肝原代细胞进行处理。实验发现，NRG4-WT重组蛋白显著激活受体ErbB4/ErbB3磷酸化，激活转录因子STAT5，并通过抑制下游Srebp1c的表达抑制肝脏脂质合成。有趣的是，利用突变重组蛋白处理肝原代细胞时，ErbB4/ErbB3的激活出现显著差异。R44H对受体磷酸化的激活能力下降，而E47Q则增强该过程，表现出更强的脂质合成抑制作用。
为了更深入探究不同类型的突变蛋白是如何影响受体磷酸化这一过程，课题组利用表面等离子体共振 (surface plasmon resonance, SPR) 技术分析野生型及突变型Nrg4蛋白与受体ErbB4的蛋白结合力。结果发现，NRG4-WT与受体ErbB4之间解离常数KD=2.2 uM，而NRG4-R44H则几乎失去与ErbB4结合能力，NRG4-E47Q结合能力增强，KD=1.66 uM。而后进一步利用成像流式细胞术检测细胞表面ErbB4与不同种类NRG4的结合效率，进一步证明突变蛋白改变了Nrg4与ErbB4受体结合效率。
本研究证明了突变型Nrg4通过改变与受体ErbB4的结合能力，从而影响ErbB4磷酸化，改变下游STAT5/Srebp1c信号通路，影响肝内脂肪的合成。本课题从人群遗传学数据出发，结合人群临床表现，阐明NRG4的功能增强型及功能丢失型突变参与疾病发生发展的作用机制，为NRG4的药物激动剂开发提供了直接的遗传学证据。
上海交通大学附属第六人民医院栗扬阳，金力为本文共同第一作者，胡承教授与上海交通大学医学院附属第九人民医院杨建军教授为共同通讯作者。
原文链接：
https://diabetes.diabetesjournals.org/content/early/2021/07/14/db21-0064