Nat Commun (IF=18.1)｜MASH为何牵连心脏？PWK/PhJ小鼠揭示氨基酸-鞘脂代谢紊乱驱动肝心串扰！(Johan Auwerx团队—EPFL)

2026年5月20日，瑞士洛桑联邦理工学院（École Polytechnique Fédérale de Lausanne，EPFL）Johan Auwerx团队、Sandra Rodríguez-López等，联合西班牙科尔多瓦大学、美国耶鲁大学医学院、巴西圣保罗大学里贝朗普雷图医学院、瑞士伯尔尼大学等单位，在Nature Communications（中科院1区，IF=18.1）在线发表题为 “Western diet-induced MASH in PWK/PhJ mice identifies disruptions in amino acid and sphingolipid metabolism contributing to cardiac dysfunction” 的研究论文。该文于2025年2月25日投稿，2026年5月11日接收，2026年5月20日在线发表，正式版本记录日期为2026年7月20日。

代谢功能障碍相关脂肪性肝病（metabolic dysfunction-associated steatotic liver disease，MASLD）及其进展阶段代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（metabolic dysfunction-associated steatohepatitis，MASH）与心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）高度相关。本文聚焦 PWK/PhJ小鼠这一对西方饮食（Western diet，WD）高度敏感、能够较好模拟人类MASH临床和分子特征的模型，系统评估其在不同性别、不同饲养温度和不同疾病进程下的肝脏与心脏表型。

研究发现，雄性和雌性PWK/PhJ小鼠在WD挑战17周后均可发展出肝纤维化和心功能障碍。早期改变主要表现为血浆胆固醇升高，以及与翻译和脂质代谢相关的肝脏转录谱改变；长期WD暴露进一步加重肝脏脂质积累、炎症和纤维化，并扰乱氨基酸、线粒体和鞘脂代谢。这些变化促进肝脏神经酰胺和脱氧神经酰胺合成增加，并导致血浆和心脏组织中鞘脂水平升高，提示肝脏代谢紊乱可能通过循环脂质信号参与MASH相关心脏功能异常。

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【摘 要】

代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）和代谢功能障碍相关脂肪性肝炎（MASH）是与心血管疾病（CVD）密切相关的肝脏疾病。PWK/PhJ小鼠是一种新兴的严重MASH模型，对西方饮食（WD）高度敏感，并且能够较好模拟人类MASH的临床和分子特征。本文显示，雄性和雌性PWK/PhJ小鼠在接受17周WD挑战后均会发生肝纤维化和心功能障碍。

WD诱导的早期代谢改变主要表现为胆固醇水平升高，以及与翻译和脂质代谢相关的转录谱发生变化。长期WD暴露进一步加重肝脏脂质积累、炎症和纤维化，同时扰乱氨基酸和线粒体代谢。这些改变增加肝脏中神经酰胺和脱氧神经酰胺的合成，并导致血浆和心脏组织中鞘脂水平升高。总体而言，这些代谢改变推动MASH发展，并显著增加CVD风险。本文结果确立PWK/PhJ小鼠为研究心脏-代谢串扰及筛选心脏代谢疾病治疗靶点的稳健模型。

01

研究背景及科学问题

MASLD及其最严重形式MASH是一组与肥胖、胰岛素抵抗和血脂异常等代谢风险因素相关的疾病谱。MASH以肝脏脂质过度沉积、炎症和细胞损伤为主要特征，可进一步进展为纤维化、肝硬化和/或肝细胞癌。纤维化的存在是判断预后和死亡风险的关键指标，并显著增加肝外并发症风险，包括糖尿病、慢性肾病和CVD。其中，CVD是这类患者的主要死亡原因。因此，MASLD和MASH构成了重要的医学和社会经济负担。

近期研究在人类中识别出两种不同MASLD亚型，它们具有不同风险和结局。肝脏特异性MASLD亚型主要由遗传因素驱动，表现为血浆肝酶升高、肝损伤进展较快，但CVD和2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）风险较低。相反，心脏代谢型MASLD表现为血脂异常、高血压和葡萄糖稳态异常更常见，因此CVD和T2DM风险更高。此外，心脏代谢型MASLD还具有特定血浆代谢物升高的特征，包括甘油磷脂、鞘脂、氨基酸衍生物和胆汁酸代谢物，这些共同构成与MASH进展高风险相关的代谢特征。

代谢组学研究显示，循环支链氨基酸（branched-chain amino acids，BCAAs）水平与MASLD等代谢疾病风险升高有关。血清BCAA水平升高与早期肝脂肪积累密切相关，可能源于胰岛素抵抗和蛋白质分解代谢受损。骨骼肌具有较高BCAA氨基转移酶（BCAA aminotransferase，BCAT）活性，是BCAA分解代谢的主要部位；而肝脏BCAT水平较低，仅处理少量BCAA。与BCAA升高相反，甘氨酸和丝氨酸在MASLD等代谢疾病中通常下降；此外，丙氨酸/甘氨酸比值已被提出可作为预测T2DM的生物标志物。

丝氨酸是从头合成鞘脂的重要前体，其合成起始于丝氨酸与棕榈酰辅酶A缩合，该反应由丝氨酸棕榈酰转移酶（serine palmitoyl transferase，SPT）催化。在特定条件下，SPT也可使用丙氨酸和甘氨酸等替代氨基酸作为底物。当丙氨酸或甘氨酸取代丝氨酸参与反应时，会产生具有毒性的鞘脂衍生物，即脱氧鞘脂（deoxy-sphingolipids，DeoxySph）和脱氧神经酰胺（deoxy-ceramides，DeoxyCer）。神经酰胺及其毒性衍生物水平升高参与多种代谢疾病，并可通过促进脂毒性、胰岛素抵抗、氧化应激和炎症推动MASLD发展。肝脏被认为是循环神经酰胺升高的主要来源；神经酰胺合成后可通过脂蛋白输出并分泌至血液中，从而参与动脉粥样硬化发生。因此，血浆神经酰胺正逐渐成为MASH和动脉粥样硬化等疾病的重要生物标志物。

目前缺乏能够充分模拟人类表型的稳健临床前模型，这限制了对MASLD和MASH慢性、复杂病理生理机制的理解。作者此前研究发现，PWK/PhJ小鼠是研究MASH更有效的模型，表现出线粒体功能障碍、纤维化快速进展，并能模拟人类疾病关键特征。该模型弥补了常用C57BL/6J模型的一个重要不足，即后者较难发展出广泛纤维化。然而，PWK/PhJ小鼠在MASH进展过程中的心脏代谢表型尚未得到充分刻画。由于MASH具有明显性别差异，在代谢研究中同时纳入雄性和雌性动物对于全面分析至关重要。此外，饲养温度会深刻影响多种人类疾病小鼠模型的实验结局，尤其是代谢疾病模型。

本研究首先评估WD挑战后，雄性和雌性PWK/PhJ小鼠在不同饲养温度下的心脏代谢表型。结果显示，饲养温度显著影响体重、能量消耗和葡萄糖稳态，提示在代谢研究中除饮食因素外，还应考虑环境因素。值得注意的是，虽然雌性小鼠通常对饮食诱导肥胖和MASLD/MASH具有一定抵抗性，但PWK/PhJ雌性小鼠在WD条件下表现出与雄性相似的肝纤维化进展。此外，两性小鼠均发生心功能障碍，且雌性表型更明显。随后，作者开展纵向研究，解析MASLD/MASH进展中的早期和晚期事件：早期事件包括血浆胆固醇升高和肝脏转录谱改变；晚期事件包括肝纤维化，以及氨基酸、线粒体和鞘脂代谢受损。肝脏从头合成神经酰胺增加并在肝内积累，同时血浆和心脏中的神经酰胺及鞘磷脂升高，提示受损肝脏可能增强富含鞘脂脂蛋白的输出，从而促进系统性脂质失衡和心脏神经酰胺积累。

02

重要发现及亮点

饲养温度和性别共同影响PWK/PhJ小鼠对西方饮食的代谢适应

为研究饲养温度对PWK/PhJ小鼠饮食诱导MASH的影响，作者将雄性和雌性小鼠分别喂食普通对照饮食（control diet，CD）或西方饮食（WD）17周，并分别饲养于室温（room temperature，RT，22°C）或热中性温度（thermoneutrality，TN，30°C）。从第19周开始，TN条件下WD喂养小鼠的体重增加幅度高于RT条件下小鼠；相比之下，CD喂养小鼠在实验结束时体重无显著差异。鉴于肥胖在胰岛素抵抗中的作用，研究者在饮食干预11周后进行口服葡萄糖耐量试验（oral glucose tolerance test，OGTT）。雄性和雌性小鼠在WD条件下均出现葡萄糖耐量受损。雄性动物中未观察到明显温度依赖性差异；而雌性动物中，CD条件下RT组OGTT曲线下面积（area under the curve，AUC）高于TN组，但WD条件下RT组AUC低于TN组。空腹血糖在WD组升高；雄性中RT高于TN，而雌性中TN高于RT。整体而言，这些结果提示，PWK/PhJ小鼠对环境温度和WD挑战的代谢适应具有性别差异。

饲养环境适应会影响体温调节，并进而影响能量消耗（energy expenditure，EE）。如预期所示，无论雄性还是雌性，小鼠在TN条件下的明暗周期EE均低于RT条件。EE与耗氧量（VO₂）和二氧化碳生成量（VCO₂）直接相关，RT组同样较高。TN动物呼吸交换率（respiratory exchange ratio，RER）接近0.8，提示其能量底物利用相对混合；而CD-RT小鼠夜间RER在0.9–1之间，提示其更依赖碳水化合物代谢。体成分分析显示，WD增加脂肪量，CD动物瘦体重较高，这一趋势与性别无关；但温度对脂肪量和瘦体重的影响在雄性和雌性中有所不同。循环肝损伤指标ALAT和ASAT在WD动物中显著升高；TN组尿素水平下降，提示肝功能和氮代谢受影响；TN组血浆总胆固醇也高于RT组。与MASH进展相关的GDF15、TIMP1和FGF21在WD小鼠中持续升高，不受饲养温度影响。

图1：饲养温度对PWK/PhJ小鼠的影响。（A）实验流程示意图。雄性和雌性PWK/PhJ小鼠从7周龄开始，分别饲养于热中性温度（TN）或室温（RT）条件下，并给予西方饮食（WD）或对照饮食（CD）17周，在图中所示时间点评估体内表型。（B）体重增加曲线，以起始体重百分比表示，曲线代表中位数。TN雄性，n = 8 CD、12 WD；TN雌性，n = 12 CD、13 WD；RT雄性，n = 9 CD、11 WD；RT雌性，n = 11 CD、12 WD。（C）口服葡萄糖耐量试验（OGTT）曲线。TN雄性，n = 11 CD、12 WD；TN雌性，n = 12 CD、13 WD；RT雄性，n = 10 CD、11 WD；RT雌性，n = 11 CD、12 WD。（D）OGTT曲线下面积（AUC）。TN雄性，n = 11 CD、12 WD；TN雌性，n = 12 CD、13 WD；RT雄性，n = 10 CD、11 WD；RT雌性，n = 11 CD、12 WD。（E）过夜禁食后测定的空腹血糖。TN雄性，n = 11 CD、12 WD；TN雌性，n = 12 CD、13 WD；RT雄性，n = 10 CD、11 WD；RT雌性，n = 11 CD、12 WD。（F）能量消耗（EE）（kcal/h）。TN雄性，n = 8 CD、10 WD；TN雌性，n = 10 CD、10 WD；RT雄性，n = 9 CD、11 WD；RT雌性，n = 11 CD、12 WD。（G）呼吸交换率（RER）。曲线表示中位数，白色区域和阴影区域分别表示12 h光照期和12 h黑暗期。TN雄性，n = 8 CD、10 WD；TN雌性，n = 10 CD、10 WD；RT雄性，n = 9 CD、11 WD；RT雌性，n = 11 CD、12 WD。（H）脂肪量和瘦体重百分比。TN雄性，n = 8 CD、12 WD；TN雌性，n = 12 CD、13 WD；RT雄性，n = 9 CD、11 WD；RT雌性，n = 11 CD、12 WD。（I）WD相对于CD的血浆分析物log₂倍数变化。GDF15、TIMP1和FGF21：TN雄性，n = 8 CD、11 WD；TN雌性，n = 10 CD、9 WD；RT雄性，n = 9 CD、11 WD；RT雌性，n = 10 CD、10 WD。ICAM1和MMP9：TN雄性，n = 6 CD、6 WD；TN雌性，n = 6 CD、6 WD；RT雄性，n = 6 CD、6 WD；RT雌性，n = 6 CD、5 WD。其余血浆标志物：TN雄性，n = 8 CD、12 WD；TN雌性，n = 12 CD、13 WD；RT雄性，n = 9 CD、11 WD；RT雌性，n = 11 CD、12 WD。对于（D、E、H），结果以箱线图表示。箱体下缘和上缘分别对应第一四分位数（25百分位）和第三四分位数（75百分位），中间横线表示中位数。须线表示数据中的最小值和最大值。超出须线的点为离群值，并单独绘制。统计学分析采用双因素方差分析，并进行Tukey事后检验。对于B和I，统计学分析采用双侧Student’s t检验，并使用Benjamini–Hochberg校正后的p值。 < 0.1，*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001。源数据作为Source Data文件提供。

热中性温度加重MASH严重程度并影响心功能

研究者进一步评估WD对组织重量的影响。WD组肾脏和骨骼肌归一化重量较低，而肝脏、心脏和附睾白色脂肪组织（EpiWAT）相对重量升高。雄性WD小鼠在TN条件下肝重/体重比和绝对肝重高于RT条件；雌性则在RT条件下无论CD或WD均表现出更高的肝重/体重比。肝脏组织学分析显示，纤维化、脂肪变和炎症存在性别和温度依赖性差异。雄性在TN条件下单位组织面积纤维化百分比高于RT条件，但纤维化评分无显著差异；雌性单位组织面积纤维化百分比在不同温度之间无显著差异，但RT条件下纤维化评分高于TN条件。总体来看，TN使雄性和雌性呈现较相似的MASH表型，而RT会加重雌性表型。

由于MASLD和MASH与CVD密切相关，而标准实验室温度可使小鼠处于冷应激状态，影响血压和心率，因此在心功能相关代谢研究中，TN饲养具有重要意义。超声心动图显示，WD导致雄性和雌性小鼠出现心脏肥大和左心室扩张。TN条件下雌性小鼠还表现出轻度左心室收缩功能障碍，即左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LV EF）降低，并伴随舒张功能障碍，即二尖瓣E峰（MV E）升高。

图2：热中性饲养加重MASH严重程度和心功能障碍。（A）按体重归一化的肝脏重量。TN雄性，n = 8 CD、12 WD；TN雌性，n = 12 CD、13 WD；RT雄性，n = 9 CD、11 WD；RT雌性，n = 11 CD、12 WD。（B）甲醛固定肝切片的H&E和Sirius Red（SR）染色代表性图像。比例尺 = 100 µm。（C）以SR染色阳性面积表示的纤维化百分比。TN雄性，n = 8 CD、12 WD；TN雌性，n = 12 CD、13 WD；RT雄性，n = 9 CD、11 WD；RT雌性，n = 11 CD、12 WD。（D）按瘦体重归一化的心脏重量。TN雄性，n = 8 CD、12 WD；TN雌性，n = 12 CD、13 WD；RT雄性，n = 9 CD、11 WD；RT雌性，n = 11 CD、12 WD。（E）WD相对于CD的超声心动图参数log₂倍数变化。TN雄性，n = 8 CD、12 WD；TN雌性，n = 12 CD、13 WD；RT雄性，n = 9 CD、11 WD；RT雌性，n = 11 CD、12 WD。（F）TN组代表性M型超声心动图图像。对于（A、C、D），结果以箱线图表示。箱体下缘和上缘分别对应第一四分位数（25百分位）和第三四分位数（75百分位），中间横线表示中位数。须线表示数据中的最小值和最大值。超出须线的点为离群值，并单独绘制。统计学分析采用双因素方差分析，并进行Tukey事后检验。对于E，统计学分析采用双侧Student’s t检验，并使用Benjamini–Hochberg校正后的p值。 < 0.1，*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001。源数据作为Source Data文件提供。

WD诱导肝脏MASH相关转录组和蛋白质组特征，而对心脏分子表达影响较小

为探索不同温度下性别差异性WD响应背后的分子机制，作者对肝组织进行转录组BRB-seq分析。主成分分析显示，CD组和WD组在基因表达上明显分离。然而，性别对表达聚类的影响强于温度，不同饮食条件下均可形成性别特异性聚类。雌性小鼠差异表达基因（differentially expressed genes，DEGs）数量最多，尤其是TN条件下雌性小鼠；雄性在TN和RT条件下的DEGs数量均接近雌性的一半，提示WD对雌性肝脏转录组影响更强。此外，TN雌性小鼠具有最多性别-温度特异性基因，提示饮食的性别特异性响应受到温度影响。

利用单细胞去卷积分析估计肝脏细胞组成后，研究发现所有组别免疫细胞比例增加，雌性尤为明显，同时肝细胞比例下降。RT组还出现内皮细胞比例增加，而TN组未见这一模式，提示不同温度条件下可能存在毛细血管形成或炎症反应差异。基因集富集分析（gene set enrichment analysis，GSEA）显示，纤维化、免疫反应、活性氧（reactive oxygen species，ROS）、凋亡和癌症相关通路正向富集；而碳水化合物和脂质代谢、翻译以及线粒体功能相关通路负向富集。与转录组类似，肝脏蛋白质组分析也显示CD和WD组明显分离，性别影响强于温度；GSEA提示纤维化、免疫和细胞反应相关通路正向富集，而脂质代谢、线粒体和氨基酸相关通路负向富集。相比之下，心脏整体转录组和蛋白质组改变较小，提示心功能异常可能并不主要来自心脏整体转录或蛋白表达的显著重塑，也可能是由于全心组织分析掩盖了左心室等特定区域的变化。

图3：不同饲养温度下肝脏转录组响应。（A）CPM标准化肝脏基因表达数据的PCA分析。（B）各实验组中WD相对于CD在肝脏中显著上调或下调基因的总数（左）和性别-温度特异性数量（右）。（C）通过单细胞去卷积分析估计的肝脏样本中肝细胞、免疫细胞和内皮细胞比例。（D）与MASH相关代表性基因集的基因集富集分析（GSEA）结果。TN雄性，n = 8 CD、9 WD；TN雌性，n = 8 CD、8 WD；RT雄性，n = 7 CD、8 WD；RT雌性，n = 7 CD、9 WD。对于C和D，统计学分析采用双侧Student’s t检验，并使用Benjamini–Hochberg校正后的p值。*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001。源数据作为Source Data文件提供。

图4：不同饲养温度下肝组织蛋白质组学分析。（A）肝脏样本中经vsn标准化的LFQ强度数据PCA分析。黑色箭头所示样本被从下游分析中移除。（B）各实验组中WD相对于CD在肝脏中显著上调或下调蛋白的总数（左）和性别-温度特异性数量（右）。（C）肝脏蛋白质组Venn图，显示四个组中WD条件下重叠蛋白数量。（D）基于蛋白质组数据进行基因集富集分析（GSEA）。结果显示与MASH相关的代表性蛋白集。TN雄性，n = 6 CD、6 WD；TN雌性，n = 6 CD、6 WD；RT雄性，n = 5 CD、6 WD；RT雌性，n = 6 CD、6 WD。对于D，统计学分析采用双侧Student’s t检验，并使用Benjamini–Hochberg校正后的p值。*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001。源数据作为Source Data文件提供。

小鼠肝脏转录特征与人类MASH中氨基酸代谢下调相吻合

为评估PWK/PhJ小鼠MASH易感性的临床相关性，作者比较了该模型与人类MASH转录特征的重叠。研究选取两个公开人类数据集GSE135251和GSE130970，这些数据集包含肝脏基因表达信息和NAFLD活动度评分（NAFLD activity score，NAS）。作者将人类NAS ≥ 4与NAS < 4之间的转录变化，与PWK/PhJ小鼠WD相对于CD的转录变化进行交集分析。结果显示，所有比较中共同上调基因为30个，而共同下调基因仅8个。共同上调基因富集于细胞外基质（extracellular matrix，ECM）组织、胶原合成、脂质代谢和细胞黏附相关通路；共同下调基因主要富集于氨基酸代谢相关通路。进一步过度代表分析（over-representation analysis，ORA）显示，在所有组别中，与人类数据重叠的上调基因均显著富集于纤维化、胶原、呼吸爆发和炎症相关条目；重叠下调基因则与氨基酸代谢相关。跨物种GSEA进一步显示，人类和PWK/PhJ小鼠均存在炎症、纤维化和组织重塑相关通路保守性正向富集，以及胆固醇、甾体和翻译通路保守性负向富集。

图5：小鼠肝脏转录组特征与人类MASLD/MASH严重程度相关，其特点是氨基酸代谢通路受抑。（A）生物信息学流程示意图。人物图标由BioRender创建。Auwerx, J. (2026) BioRender。分别对小鼠和人类BRB-seq及RNA-seq数据进行差异表达分析（differential expression analysis，DEA），随后对重叠上调或下调基因进行过度代表分析（ORA）或基因集富集分析（GSEA）。在人类数据中，DEA采用NAS评分 ≥ 4 vs NAS < 4作为比较，并将所得DEGs与PWK/PhJ小鼠WD vs CD比较所得DEGs取交集。（B）小鼠和人类共同上调或下调基因中，与生物过程相关的前10个富集基因本体（gene ontology，GO）条目。点大小表示显著性（−log10[qvalue]）。（C）上调和下调基因的代表性ORA富集基因集。TN雄性，n = 8 CD、9 WD；TN雌性，n = 8 CD、8 WD；RT雄性，n = 7 CD、8 WD；RT雌性，n = 7 CD、9 WD；GSE135251，n = 68 NAS < 4、n = 148 NAS ≥ 4；GSE130970，n = 36 NAS < 4、n = 42 NAS ≥ 4。校正q值： < 0.1，*Q < 0.05，**Q < 0.01，***Q < 0.001。源数据作为Source Data文件提供。

雄性和雌性小鼠对急性与慢性WD挑战的响应不同

为探索MASLD向MASH进展及其对代谢、肝脏和心脏的影响，作者在TN条件下开展纵向研究，以解析疾病自然进程。研究在饮食开始后第3天、第9天、第27天和第9周采集组织样本，并纳入前述17周饮食实验数据作为最终时间点。结果显示，雄性小鼠在饮食开始3天后、雌性小鼠在9天后，即可观察到CD组与WD组之间体重差异。肝脏、心脏和EpiWAT重量也最早受到饮食影响；肾脏和肌肉质量下降出现较晚，雄性从第9天开始明显降低，雌性则在更晚阶段下降更突出。脾脏重量仅在非常晚期，即饮食17周后升高，这与该时间点肝脏炎症水平升高相一致。

从饮食挑战早期开始，WD组血浆胆固醇和空腹血糖即已升高；而胰岛素、HOMA-IR、ALAT和ASAT仅在17周WD挑战后显著升高，说明胰岛素抵抗和肝功能障碍主要出现在疾病晚期。GDF15、TIMP1和FGF21也在最终时间点升高，其中雄性小鼠在第3天曾出现初始升高，提示存在急性反应，随后恢复正常，并在长期饮食暴露后再次升高。肝组织学分析显示，WD诱导的肝纤维化和脂肪变主要在饮食挑战后期变得明显，而炎症标志物CD45随时间逐步升高。雄性小鼠在WD条件下第9周和第17周均显示脂肪变、气球样变、总NAS和纤维化评分升高，而雌性这些差异主要出现在第17周。脂滴中的甘油三酯和胆固醇自第3天起即升高，并持续至研究结束。总体而言，17周WD足以诱导雄性和雌性PWK/PhJ小鼠出现肝损伤和纤维化，而更早时间点主要表现为较轻表型。

图6：TN条件下PWK/PhJ小鼠纵向表型分析。（A）实验流程示意图。雄性和雌性PWK/PhJ小鼠饲养于TN条件下，并给予WD或CD。在饮食开始后第3天、第9天、第27天和第9周采集组织。前一项研究中饮食17周后的数据（图1A）被用作最终时间点，以考察饮食随时间产生的影响。（B）牺牲时体重和组织重量的log₂倍数变化，比较WD与CD。组织重量均按体重（g/g）归一化，心脏除外，心脏显示总重量（g）。3天：TN雄性，n = 6 CD、6 WD；TN雌性，n = 6 CD、6 WD；9天：TN雄性，n = 6 CD、6 WD；TN雌性，n = 6 CD、6 WD；27天：TN雄性，n = 7 CD、5 WD；TN雌性，n = 7 CD、6 WD；9周：TN雄性，n = 7 CD、5 WD；TN雌性，n = 6 CD、5 WD；17周：TN雄性，n = 8 CD、12 WD；TN雌性，n = 12 CD、13 WD。（C）血浆分析物log₂倍数变化，比较WD与CD。GDF15、TIMP1和FGF21：3天：TN雄性，n = 6 CD、6 WD；TN雌性，n = 6 CD、6 WD；9天：TN雄性，n = 6 CD、6 WD；TN雌性，n = 6 CD、6 WD；27天：TN雄性，n = 7 CD、5 WD；TN雌性，n = 7 CD、6 WD；9周：TN雄性，n = 7 CD、5 WD；TN雌性，n = 6 CD、5 WD；17周：TN雄性，n = 8 CD、11 WD；TN雌性，n = 10 CD、9 WD。其余血浆标志物：3天：TN雄性，n = 6 CD、6 WD；TN雌性，n = 6 CD、6 WD；9天：TN雄性，n = 6 CD、6 WD；TN雌性，n = 6 CD、6 WD；27天：TN雄性，n = 7 CD、5 WD；TN雌性，n = 7 CD、6 WD；9周：TN雄性，n = 7 CD、5 WD；TN雌性，n = 6 CD、5 WD；17周：TN雄性，n = 8 CD、12 WD；TN雌性，n = 12 CD、13 WD。（D）来自雄性动物甲醛固定肝切片的H&E和SR染色代表性图像；雌性以及CD45染色图像见图S4。比例尺 = 100 µm。（E）H&E和SR染色肝切片病理评分，以均值 ± SD表示。评分系统细节，以及NAS和纤维化评分的计算与统计分析见补充数据2。3天：TN雄性，n = 6 CD、6 WD；TN雌性，n = 6 CD、6 WD；9天：TN雄性，n = 6 CD、6 WD；TN雌性，n = 6 CD、6 WD；27天：TN雄性，n = 7 CD、5 WD；TN雌性，n = 7 CD、6 WD；9周：TN雄性，n = 7 CD、5 WD；TN雌性，n = 6 CD、5 WD；17周：TN雄性，n = 8 CD、12 WD；TN雌性，n = 12 CD、13 WD。对于（B、C、E），统计学分析采用双侧Student’s t检验，并使用Benjamini–Hochberg校正后的p值。 < 0.1，*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001。NAS和纤维化评分的p值细节见补充数据2。源数据作为Source Data文件提供。

纵向肝脏转录组揭示MASH早期和晚期事件不同

为评估早期和晚期事件以及性别特异性差异相关的基因表达改变，作者对不同时间点的肝脏和心脏组织进行BRB-seq分析。肝脏PCA显示，仅在WD处理9周和17周时，CD组和WD组在两性中均出现分离。单细胞去卷积分析显示，在WD挑战17周前，肝脏细胞组成没有明显差异。差异表达基因主要集中在最终时间点，雌性DEGs数量几乎是雄性的两倍，而更早时间点两性DEGs数量均较少。GSEA显示，脂质和碳水化合物代谢通路在雄性和雌性中均作为早期响应出现负向富集，并持续存在，这与WD条件下血浆胆固醇和葡萄糖升高相一致。翻译相关通路也从WD挑战开始即在肝脏中负向富集，并长期维持，可能影响肝脏蛋白合成以及其他组织功能。纤维化、免疫反应和ROS代谢相关通路在雌性中从中期事件，即饮食27天后开始正向富集，而在雄性中则主要从9周后作为晚期事件出现。心脏转录组PCA未显示明确时间或饮食依赖性影响，进一步支持WD对心脏整体转录组影响较小。

图7：纵向肝脏转录组分析揭示不同早期和晚期事件。（A）标准化肝脏表达数据PCA分析。（B）雄性（左）和雌性（右）各实验组中，WD相对于CD显著上调或下调肝脏基因的总数。（C）与MASH相关代表性基因集的GSEA结果。3天：TN雄性，n = 6 CD、6 WD；TN雌性，n = 6 CD、6 WD；9天：TN雄性，n = 6 CD、6 WD；TN雌性，n = 6 CD、6 WD；27天：TN雄性，n = 7 CD、5 WD；TN雌性，n = 7 CD、6 WD；9周：TN雄性，n = 7 CD、5 WD；TN雌性，n = 6 CD、5 WD；17周：TN雄性，n = 8 CD、9 WD；TN雌性，n = 8 CD、8 WD。对于C，统计学分析采用双侧Student’s t检验，并使用Benjamini–Hochberg校正后的p值。*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001。源数据作为Source Data文件提供。

长期WD挑战扰乱氨基酸和鞘脂代谢，并可能推动肝心代谢串扰

为探索推动MASLD向MASH进展的肝脏代谢变化，作者在后两个时间点开展肝脏靶向代谢组学分析。这两个时间点基于组织学变化选择：9周时初步出现脂肪变积累，17周时同时观察到脂肪变、炎症和纤维化。与CD相比，WD处理17周后，雄性和雌性肝脏氨基酸水平均下降；雄性在9周时已出现早期下降。17周时，雄性小鼠色氨酸减少，雄性和雌性犬尿氨酸代谢物均减少，这可能影响NAD⁺合成，因为NAD⁺水平也较低。

鞘脂与氨基酸和脂质代谢密切相关，神经酰胺水平升高会损害肝脏调节脂质代谢的能力，并促进与MASH相关的胰岛素抵抗。SPTLC3是SPT酶复合体的重要亚基，负责催化神经酰胺从头合成的起始限速步骤。WD条件下，PWK/PhJ小鼠Sptlc3转录本升高；雄性呈时间依赖性上调，雌性仅在17周WD时升高。进一步分析不同小鼠品系和饮食条件下的转录组数据发现，在所有分析品系中，PWK/PhJ小鼠在WD和高脂饮食（high-fat diet，HFD）下Sptlc3基因表达升高最明显。17周时两性丝氨酸及相关氨基酸下降，提示这些从头合成所需底物被用于神经酰胺合成，这与神经酰胺和其他鞘脂水平升高相一致。雌性17周WD后细胞内丙氨酸/丝氨酸和甘氨酸/丝氨酸比值升高，提示非经典从头合成通路可能是脱氧鞘脂升高的主要来源；雄性这些比值未明显变化，提示其升高可能来自其他机制。

神经酰胺积累还可能因鞘磷脂降解增强而进一步加重，表现为鞘磷脂水平下降、Smpd3基因升高，以及雌性中鞘氨醇（sphingosine，Sph）增加。Sptlc3转录本升高和从头合成增强，叠加鞘磷脂水解，可能共同推动肝脏神经酰胺和脱氧神经酰胺积累。神经酰胺是肝纤维化的重要介质，可促进肝细胞凋亡和炎症反应，因此这些脂质升高可能解释PWK/PhJ小鼠对MASH、肝纤维化和线粒体功能障碍的易感性。

考虑到肝脏是循环神经酰胺的重要来源，且神经酰胺和鞘磷脂，尤其是Cer(d18:1/16:0)和SM(d18:1/16:0)，已被认为参与动脉粥样硬化发生，作者进一步检测血浆和心脏组织中的这些脂质。结果显示，WD小鼠血浆神经酰胺和鞘磷脂升高。由于外周组织包括心脏可摄取循环鞘脂，从而造成组织脂质积累，作者进一步分析心脏脂质组。结果显示，两性小鼠心脏中Cer(d17:1/24:0)、鞘磷脂和Spa(18:0)明显升高，而Sph(d18:1)仅在雌性中升高。血浆和心脏组织中氨基酸水平未见显著变化，提示心脏内从头合成神经酰胺不太可能是心脏鞘脂变化的主要来源。综合来看，肝脏神经酰胺增加可能促进循环鞘脂升高，并进一步推动动脉粥样硬化和心功能障碍。

图8：WD条件下PWK/PhJ模型中的肝脏疾病以氨基酸和鞘脂代谢紊乱为特征，并伴随鞘脂释放入血液而影响心脏。（A）肝组织中氨基酸、有机酸及相关氨基酸代谢物以及NAD⁺通路的代谢组学WD vs CD log₂倍数变化。（B）肝组织中鞘脂物种的脂质组学WD vs CD log₂倍数变化。（C）肝脏转录组中与鞘脂代谢通路相关基因的WD vs CD log₂倍数变化。（D）血浆和心脏组织中鞘脂物种的脂质组学WD vs CD log₂倍数变化。（E）鞘脂通路示意图，颜色表示基因和代谢物变化：红色表示WD后上调，蓝色表示下调，黑色表示无变化。9周：TN雄性，n = 7 CD、5 WD；TN雌性，n = 6 CD、5 WD；17周：TN雄性，n = 6 CD、6 WD；TN雌性，n = 6 CD、7 WD。统计学分析采用双侧Student’s t检验，并使用Benjamini–Hochberg校正后的p值。 < 0.1，*P < 0.05，**P < 0.01，***P < 0.001。源数据作为Source Data文件提供。

【贡献】★★★★★

本研究对PWK/PhJ小鼠在WD和TN条件下的性别特异性响应进行了详细刻画，证明该品系能够复制代谢综合征和人类MASLD/MASH的多个方面。与许多其他小鼠品系不同，雄性和雌性PWK/PhJ小鼠均易发生肝脂肪变、纤维化和炎症，并表现出类似人类疾病中的氨基酸和鞘脂代谢显著改变，因此适合用于研究MASLD向MASH转变的过程。

从机制层面看，研究提出：WD首先诱导体重增加、血浆葡萄糖和胆固醇升高等早期代谢适应；随着暴露时间延长，ALT、AST、TIMP1、FGF21和GDF15等肝功能损伤与应激标志物才在晚期明显升高。肝脏脂滴胆固醇早期且持续增加，NAS评分逐步升高并早于纤维化出现，提示脂肪变和炎症可能驱动后续纤维化进展。晚期MASH中出现线粒体功能障碍，并与肝细胞损伤、脂质过载和慢性炎症相互促进，最终推动肝纤维化。

此外，研究强调氨基酸和鞘脂代谢在MASH-CVD串扰中的潜在作用。WD挑战后，PWK/PhJ小鼠肝脏氨基酸代谢下调，丝氨酸等氨基酸水平降低；在此背景下，SPTLC3相关的神经酰胺从头合成增强，并可能通过丙氨酸或甘氨酸等替代底物生成毒性DeoxySph和DeoxyCer。神经酰胺及其毒性衍生物可通过脂蛋白，尤其是极低密度脂蛋白（very-low-density lipoprotein，VLDL）输出至循环，导致血浆神经酰胺升高，并进一步在心脏组织中积累，从而参与心脏重构和心功能障碍。这提示氨基酸和鞘脂不仅可作为MASH和CVD的预测生物标志物，也可能成为潜在药物干预靶点。

作者也指出，本研究仍存在局限。首先，由于缺乏PWK/PhJ与其他品系，尤其是雌性小鼠之间的直接比较，目前尚不清楚本文观察到的心功能障碍表型是否比C57BL/6品系更严重。后续需要开展跨品系研究，以明确品系、性别和饮食如何共同调控MASH-CVD关联。其次，虽然研究发现PWK/PhJ肝组织氨基酸和鞘脂代谢受损可能参与WD诱导的MASH和心功能障碍，但目前尚不能判断这些代谢改变是表型发生的原因还是结果。未来仍需通过示踪实验等方式验证氨基酸减少与神经酰胺从头合成之间的因果联系。作者还推测，SPTLC3可能参与PWK/PhJ品系对MASH诱导的高敏感性，并可能促进线粒体功能障碍；因此，有必要开展肝脏特异性靶向Sptlc3的研究，以明确其在MASH中的作用。最后，使用myriocin和ALT-007等化合物抑制神经酰胺从头合成，能否药理性逆转PWK/PhJ小鼠的MASH/CVD表型，仍需进一步系统研究。

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