2月7日，國際學(xué)術(shù)期刊Nature Communications在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所李于研究組的最新研究成果“Post-translational regulation of lipogenesis via AMPK-dependent phosphorylation of insulin-induced gene”。該研究發(fā)現(xiàn)腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）通過磷酸化增加內(nèi)質(zhì)網(wǎng)錨定蛋白Insig的活性，進(jìn)而抑制肝臟脂質(zhì)合成的功能，揭示了蛋白質(zhì)翻譯后修飾通過泛素化降解途徑調(diào)節(jié)脂肪酸合成的新機(jī)制。
隨著生活方式和飲食結(jié)構(gòu)的改變，非酒精性脂肪肝病在全球范圍所占比例越來越高，并且近年來其發(fā)病率呈上升趨勢。非酒精性脂肪肝與2型糖尿病、肥胖以及心血管疾病等重大代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。肝臟脂肪酸從頭合成的增加在非酒精性脂肪肝的發(fā)生發(fā)展過程中扮演著重要角色。AMPK是真核生物主要的能量感應(yīng)因子，在能量應(yīng)激的情況下感應(yīng)細(xì)胞內(nèi)升高的AMP：ATP和ADP：ATP水平，通過抑制合成代謝，促進(jìn)分解代謝使能量達(dá)到穩(wěn)態(tài)。AMPK作為機(jī)體重要的能量感應(yīng)因子，調(diào)控著蛋白質(zhì)、脂肪和糖代謝等過程。二甲雙胍是臨床中治療2型糖尿病的首選藥物，能夠通過激活A(yù)MPK改善機(jī)體糖脂代謝紊亂。二甲雙胍在改善肝臟脂質(zhì)沉積，降低人的非酒精性脂肪肝病方面同樣具有良好的效果，但其作用分子機(jī)制仍需要進(jìn)一步闡明。
帶著這一科學(xué)問題，李于團(tuán)隊(duì)博士研究生韓亞美、胡志敏等人構(gòu)建了二甲雙胍給藥的飲食誘導(dǎo)的肥胖小鼠模型，通過篩選小鼠肝臟中的差異蛋白，發(fā)現(xiàn)二甲雙胍處理能夠在激活AMPK的同時(shí)顯著地增加肝臟細(xì)胞內(nèi)錨定于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的Insig-1和Insig-2的蛋白水平，與肝臟內(nèi)甘油三脂含量呈負(fù)相關(guān)。通過進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，AMPK能夠磷酸化修飾Insig，抑制Insig與E3泛素連接酶gp78的相互作用，通過抑制Insig泛素化水平和蛋白酶體降解途徑，增加其蛋白穩(wěn)定性；進(jìn)而抑制SREBP-1的剪切活化，降低脂質(zhì)合成基因表達(dá)和肝細(xì)胞脂質(zhì)積累。蛋白質(zhì)譜檢測和生化分析表明，Thr222位點(diǎn)介導(dǎo)了AMPK對Insig-1活性增強(qiáng)的作用，以及對SREBP-1剪切和脂質(zhì)合成基因表達(dá)水平的抑制作用。同時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)利用腺病毒過表達(dá)Insig-1可以緩解肝臟特異性AMPK 2缺失引起肝臟脂質(zhì)沉積增加的作用。這些研究表明Insig是AMPK新的靶蛋白，在介導(dǎo)二甲雙胍-AMPK信號通路抑制肝臟脂質(zhì)從頭合成過程中起重要作用。
最近，李于團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)新型代謝因子CREBZF能夠感應(yīng)胰島素信號，通過抑制Insig的轉(zhuǎn)錄水平，從而使胰島素發(fā)揮促進(jìn)肝臟脂質(zhì)合成的功能，從而揭示了肝臟中為什么會發(fā)生選擇性胰島素抵抗的科學(xué)問題（Zhang F, et al, Hepatology, 2018）；另外，發(fā)現(xiàn)AMPK能通過磷酸化SREBP，抑制肝臟脂質(zhì)合成（Li Y, et al, Cell Metabolism, 2011）。在生理?xiàng)l件下，這些復(fù)雜的營養(yǎng)感應(yīng)機(jī)制和代謝調(diào)控途徑，可以有效維持機(jī)體在能量缺乏或者充足條件下的脂代謝動態(tài)平衡；然而，在長期肥胖和營養(yǎng)過剩條件下，這些代謝調(diào)控分子網(wǎng)絡(luò)受阻或紊亂，引起肝臟脂代謝失衡和功能障礙，導(dǎo)致非酒精性脂肪肝、胰島素抵抗和2型糖尿病。這些研究成果表明，CREBZF和AMPK介導(dǎo)的Insig轉(zhuǎn)錄調(diào)控和翻譯后修飾在脂質(zhì)代謝中起關(guān)鍵作用，為臨床治療非酒精性脂肪肝提供新的治療策略。
該研究得到了武漢大學(xué)宋保亮教授、上海交通大學(xué)附屬新華醫(yī)院范建高教授、中科院上海藥物所李佳和李靜雅研究員、中科院上海營養(yǎng)與健康研究所方靖研究員、浙江工業(yè)大學(xué)魏春教授的支持和幫助。該項(xiàng)目得到了國家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委、中科院科研基金、王寬誠教育基金等的支持。
博士研究生韓亞美、胡志敏為論文共同第一作者，中科院上海營養(yǎng)與健康研究所李于研究員為通訊作者。 （科技處）
研究論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-08585-4
AMPK通過磷酸化修飾Insig調(diào)節(jié)脂肪酸合成
二甲雙胍、A769662等在激活AMPK的情況下，能夠磷酸化Insig-1 Thr222位點(diǎn)，抑制其與E3泛素連接酶gp78的相互作用，降低泛素化水平，從而增加蛋白穩(wěn)定性，抑制SREBP的剪切和活化，進(jìn)一步抑制脂質(zhì)合成基因表達(dá)和肝臟脂肪酸合成，改善肝臟脂質(zhì)沉積和脂肪肝。本研究揭示了蛋白質(zhì)翻譯后修飾通過泛素化降解途徑調(diào)節(jié)脂肪酸合成的新機(jī)制，為臨床中治療非酒精性脂肪肝和相關(guān)代謝性疾病提供了新靶點(diǎn)和新思路。
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