Peroxisome proliferator-activated receptor α (PPARα) is a nuclear receptor that controls lipid and glucose metabolism and exerts antiinflammatory activities. PPARα is also reported to influence bile acid formation and bile composition. Farnesoid X receptor (FXR) is a bile acid-activated nuclear receptor that mediates the effects of bile acids on gene expression and plays a major role in bile acid and possibly also in lipid metabolism. Thus, both PPARα and FXR appear to act on common metabolic pathways. To determine the existence of a molecular cross-talk between these two nuclear receptors, the regulation of PPARα expression by bile acids was investigated. Incubation of human hepatoma HepG2 cells with the natural FXR ligand chenodeoxycholic acid (CDCA) as well as with the nonsteroidal FXR agonist GW4064 resulted in a significant induction of PPARα mRNA levels. In addition, hPPARα gene expression was up-regulated by taurocholic acid in human primary hepatocytes. Cotransfection of FXR/retinoid X receptor in the presence of CDCA led to up to a 3-fold induction of human PPARα promoter activity in HepG2 cells. Mutation analysis identified a FXR response element in the human PPARα promoter (α-FXR response element (αFXRE)] that mediates bile acid regulation of this promoter. FXR bound the αFXRE site as demonstrated by gel shift analysis, and CDCA specifically increased the activity of a heterologous promoter driven by four copies of the αFXRE. In contrast, neither the murine PPARα promoter, in which the αFXRE is not conserved, nor a mouse αFXRE-driven heterologous reporter, were responsive to CDCA treatment. Moreover, PPARα expression was not regulated in taurocholic acid-fed mice. Finally, induction of hPPARα mRNA levels by CDCA resulted in an enhanced induction of the expression of the PPARα target gene carnitine palmitoyltransferase I by PPARα ligands. In concert, these results demonstrate that bile acids stimulate PPARα expression in a species-specific manner via a FXRE located within the human PPARα promoter. These results provide molecular evidence for a cross-talk between the FXR and PPARα pathways in humans.

In mammals, many aspects of behavior and physiology, and in particular cellular metabolism, are coordinated by the circadian timing system. Molecular clocks are thought to rely on negative feedback loops in clock gene expression that engender oscillations in the accumulation of transcriptional regulatory proteins, such as the orphan receptor REV-ERBα. Circadian transcription factors then drive daily rhythms in the expression of clock-controlled output genes, for example genes encoding enzymes and regulators of cellular metabolism. To gain insight into clock output functions of REV-ERBα, we carried out genome-wide transcriptome profiling experiments with liver RNA from wild-type mice, Rev-erbα knock-out mice, or REV-ERBα overexpressing mice. On the basis of these genetic loss- and gain-of-function experiments, we concluded that REV-ERBα participates in the circadian modulation of sterol regulatory element-binding protein (SREBP) activity, and thereby in the daily expression of SREBP target genes involved in cholesterol and lipid metabolism. This control is exerted via the cyclic transcription of Insig2, encoding a trans-membrane protein that sequesters SREBP proteins to the endoplasmic reticulum membranes and thereby interferes with the proteolytic activation of SREBPs in Golgi membranes. REV-ERBα also participates in the cyclic expression of cholesterol-7α-hydroxylase (CYP7A1), the rate-limiting enzyme in converting cholesterol to bile acids. Our findings suggest that this control acts via the stimulation of LXR nuclear receptors by cyclically produced oxysterols. In conclusion, our study suggests that rhythmic cholesterol and bile acid metabolism is not just driven by alternating feeding–fasting cycles, but also by REV-ERBα, a component of the circadian clockwork circuitry.

Bile acids (BAs) are major regulators of hepatic BA and lipid metabolism but their mechanisms of action in non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) are still poorly understood. Here we aimed to explore the molecular and biochemical mechanisms of ursodeoxycholic acid (UDCA) in modulating the cross-talk between liver and visceral white adipose tissue (vWAT) regarding BA and cholesterol metabolism and fatty acid/lipid partitioning in morbidly obese NAFLD patients.In this randomized controlled pharmacodynamic study, we analyzed serum, liver and vWAT samples from 40 well-matched morbidly obese patients receiving UDCA (20 mg/kg/day) or no treatment three weeks prior to bariatric surgery.Short term UDCA administration stimulated BA synthesis by reducing circulating fibroblast growth factor 19 and farnesoid X receptor (FXR) activation, resulting in cholesterol 7α-hydroxylase induction mirrored by elevated C4 and 7α-hydroxycholesterol. Enhanced BA formation depleted hepatic and LDL-cholesterol with subsequent activation of the key enzyme of cholesterol synthesis 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase. Blunted FXR anti-lipogenic effects induced lipogenic stearoyl-CoA desaturase (SCD) in the liver, thereby increasing hepatic triglyceride content. In addition, induced SCD activity in vWAT shifted vWAT lipid metabolism towards generation of less toxic and more lipogenic monounsaturated fatty acids such as oleic acid.These data demonstrate that by exerting FXR-antagonistic effects, UDCA treatment in NAFLD patients strongly impacts on cholesterol and BA synthesis and induces neutral lipid accumulation in both liver and vWAT.

The genetic polymorphism I148M of patatin-like phospholipase domain-containing 3 (PNPLA3) is robustly associated with hepatic steatosis and its progression to steatohepatitis, fibrosis, and cancer. Hepatic stellate cells (HSCs) are key players in the development of liver fibrosis, but the role of PNPLA3 and its variant I148M in this process is poorly understood. Here we analyzed the expression of PNPLA3 during human HSC activation and thereby explored how a PNPLA3 variant impacts hepatic fibrogenesis. We show that expression of PNPLA3 gene and protein increases during the early phases of activation and remains elevated in fully activated HSCs (P < 0.01). Knockdown of PNPLA3 significantly decreases the profibrogenic protein alpha-smooth muscle actin (P < 0.05). Primary human I148M HSCs displayed significantly higher expression and release of proinflammatory cytokines, such as chemokine (C-C motif) ligand 5 (P < 0.01) and granulocyte-macrophage colony-stimulating factor (P < 0.001), thus contributing to migration of immune cells (P < 0.05). Primary I148M HSCs showed reduced retinol (P < 0.001) but higher lipid droplet content (P < 0.001). In line with this, LX-2 cells stably overexpressing I148M showed augmented proliferation and migration, lower retinol, and abolished retinoid X receptor/retinoid A receptor transcriptional activities but more lipid droplets. Knockdown of I148M PNPLA3 (P < 0.001) also reduces chemokine (C-C motif) ligand 5 and collagen1α1 expression (P < 0.05). Notably, I148M cells display reduced peroxisome proliferator-activated receptor gamma transcriptional activity, and this effect was attributed to increased c-Jun N-terminal kinase, thereby inhibiting peroxisome proliferator-activated receptor gamma through serine 84 phosphorylation and promoting activator protein 1 transcription. Conversely, the c-Jun N-terminal kinase inhibitor SP600125 and the peroxisome proliferator-activated receptor gamma agonist rosiglitazone decreased activator protein 1 promoter activity.These data indicate that PNPLA3 is required for HSC activation and that its genetic variant I148M potentiates the profibrogenic features of HSCs, providing a molecular mechanism for the higher risk of progression and severity of liver diseases conferred to patients carrying the I148M variant. (Hepatology 2017;65:1875-1890).

Abstract Background & Aims 24-NorUrsodeoxycholic acid (NorUDCA) is novel therapy for immune-mediated liver diseases such as primary sclerosing cholangitis (PSC) where dysregulated T cells including CD8 + T cells cause liver immunopathology. We hypothesized that NorUDCA may directly modulate CD8 + T cell effector function thus contributing to its therapeutic efficacy independent of anti-cholestatic effects. Methods NorUDCA effects on CD8 + T cell function in vivo were investigated in a hepatic injury model system induced by excessive CD8 + T cell immune response upon non-cytolytic lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV) infection. Mechanistic studies included molecular and biochemical approaches, flow cytometry and metabolic assays in mouse CD8 + T cells in vitro . Mass spectrometry (MS) was used to identify potential targets modulated by NorUDCA in CD8 + T cells. NorUDCA signaling effects observed in murine systems were validated in peripheral T cells from healthy volunteers and PSC patients. Results In vivo NorUDCA ameliorated hepatic injury and systemic inflammation upon LCMV infection. Mechanistically, NorUDCA demonstrated a strong immunomodulatory efficacy in CD8 + T cells affecting lymphoblastogenesis, mTORC1 signaling and glycolysis of CD8 + T cells. With MS, we identified that NorUDCA regulates CD8 + T cells via targeting mTORC1. NorUDCA’s impact on mTORC1 signaling was further confirmed in circulating human CD8 + T cells. Conclusions NorUDCA possesses a yet-unrecognized direct modulatory potency on CD8 + T cells and attenuates excessive CD8 + T cell hepatic immunopathology. These findings may be relevant for treatment of immune-mediated liver diseases such as PSC and beyond.

Abstract Objective 24-Nor-ursodeoxycholic acid (NorUDCA) is a novel therapeutic bile acid for treating primary sclerosing cholangitis (PSC), an immune-mediated cholestatic liver disease. Since PSC strongly associates with inflammatory bowel diseases (IBD) driven by T H 17/Treg imbalance, we aimed to explore NorUDCA’s immunomodulatory potential on intestinal T H 17/Treg balance. Design NorUDCA’s impact on T H 17/Treg tissue distribution was first assessed in Mdr2 –/– mouse model of PSC. We specifically investigated NorUDCA’s effect on modulating T H 17/Treg balance in a CD4 + T cell driven colitis model induced by adoptive transfer of CD25 − CD44 low CD45RB high CD4 + T Naïve cells into Rag2 –/– mice, mimicking human IBD. Mechanistic studies were performed using molecular approaches, flow cytometry and metabolic assays in murine T H 17 cells in vitro . NorUDCA’s signaling effects observed in murine system were further validated in circulating CD4 + T cells from PSC patients with co-existing IBD. Results NorUDCA promoted Treg generation in both liver and intestine in the Mdr2 –/– model. In the experimental IBD model, NorUDCA attenuated intestinal immunopathology. Mechanistically, NorUDCA demonstrated strong immunomodulatory efficacy in counteracting T H 17/Treg imbalance by restricting glutaminolysis in differentiating T H 17 cells, thus suppressed α-Ketoglutarate-dependent mTORC1 activation, glycolysis and enhanced FOXP3 expression. NorUDCA’s impact on mTORC1 signaling was further confirmed in circulating CD4 + T-cells from PSC patients with IBD. Conclusion NorUDCA possesses direct immunometabolic modulatory potency to counteract T H 17/Treg imbalance and ameliorate excessive T H 17 cell driven intestinal immunopathology. These findings extend future clinical applications of NorUDCA for treatment of T H 17 cell-mediated disorders along the gut-liver axis and beyond. Significance of this study What is already known on this subject? PSC is an immune-mediated cholestatic liver disease highly associated with IBD where T H 17/Treg imbalance drives immunopathogenesis; seeking effective therapeutics covering both liver and intestinal disease in PSC is of high clinical relevance. Independent of anti-cholestatic effects, NorUDCA has recently been shown to possess direct immunomodulatory properties on CD8 + T cell metabolism, lymphoblastogenesis and clonal expansion through targeting mTORC1 signaling. Since mTORC1 serves as critical metabolic checkpoint orchestrating T H 17/Treg axis, inhibiting mTORC1 activity represents a potential treatment avenue counteracting T H 17/Treg imbalance under intestinal inflammatory conditions. What are the new findings? NorUDCA enriches FOXP3 + Treg population in both liver and intestinal tissue in the cholestatic Mdr2 –/– mouse model of PSC. NorUDCA exhibits direct immunomodulatory efficacies in suppressing excess T H 17 cell-mediated intestinal immunopathology and promotes FOXP3 + Treg generation in an experimental IBD model. Mechanistically, NorUDCA counteracts T H 17/Treg imbalance by restricting glutaminolysis in differentiating T H 17 cells, thus suppresses α-Ketoglutarate-dependent mTORC1 activation, glycolysis and enhances FOXP3 expression. NorUDCA’s impact on mTORC1 signaling was further confirmed in circulating CD4 + T cells from patients with PSC and IBD. How might it impact on clinical practice in the foreseeable future? These findings advance our current understanding of therapeutic potentials of NorUDCA, which might represent a novel therapeutic strategy in the treatment of PSC and concomitant IBD and other T H 17-mediated intestinal diseases.