胰島素抵抗 是 2型糖尿病 的發(fā)病基礎(chǔ)，也是多種代謝相關(guān)性疾病如肥胖、非酒精性脂肪肝病等的共同病理基礎(chǔ),更是心血管疾病的危險因素之一。但目前肝臟胰島素抵抗的發(fā)生機制尚未完全闡明，深入研究肝臟胰島素抵抗的分子機制對于胰島素抵抗相關(guān)疾病的防治具有十分重要的意義。 2023年12月21日，復旦大學基礎(chǔ)醫(yī)學院 孟丹 教授團隊在 Nature Communications 期刊發(fā)表了題為： BACH1 Controls Hepatic Insulin Signaling and Glucose Homeostasis in Mice 的最新研究成果。 這項研究表明，靶向抑制肝臟 BACH1 能夠明顯改善高脂飲食喂養(yǎng)小鼠和 db/db 糖尿病小鼠的肝臟胰島素敏感性，改善葡萄糖耐量和糖代謝的異常以及肝脂肪變性。該研究 闡明了BACH1作為胰島素信號通路的負調(diào)控因子，在調(diào)控肝臟胰島素敏感性和葡萄糖代謝中的重要作用，為胰島素抵抗相關(guān)疾病的防治提供了新的靶點。  

孟丹 教授研究團隊前期圍繞轉(zhuǎn)錄因子BACH1進行一系列的研究，證實 BACH1通過調(diào)控表觀遺傳學修飾維持胚胎干細胞多能性；BACH1激活內(nèi)皮細胞炎癥并促進動脈粥樣硬化；BACH1通過調(diào)控染色質(zhì)開放性影響血管平滑肌細胞表型轉(zhuǎn)換，促進血管損傷后新生內(nèi)膜增生。相關(guān)成果分別發(fā)表在 Science Advance （2019） 、Circulation Research （2022） 和 Nucleic Acids Research （2021、2023） 。然而，BACH1是否在胰島素抵抗中發(fā)揮作用目前還不清楚。 研究團隊首先分析了GEO數(shù)據(jù)庫的RNA-seq數(shù)據(jù)中BACH1 mRNA表達 （GEO no.GSE156906） ，結(jié)果顯示，BACH1的mRNA水平在代謝異常的患者肝臟中顯著上升。進一步檢測了NAFLD患者肝臟樣本顯示BACH1的表達顯著增高。分析單細胞轉(zhuǎn)錄組測序數(shù)據(jù) （GEO accession no. GSE182365） 的結(jié)果顯示，與正常飲食 （Chow diet，CD） 相比，高糖飲食 （HSD） 喂養(yǎng)小鼠的肝細胞中Bach1的轉(zhuǎn)錄水平明顯升高。隨后研究人員發(fā)現(xiàn)高脂飲食 （HFD） 誘導的肥胖小鼠、ob/ob和db/db糖尿病小鼠肝臟以及油酸處理的小鼠原代肝細胞中BACH1表達水平顯著升高。這些實驗數(shù)據(jù)表明，BACH1與胰島素抵抗密切相關(guān)。   

圖1：BACH1在肥胖個體、NAFLD患者和肥胖小鼠的肝臟中表達升高 

為了明確BACH1在胰島素抵抗中的作用，研究團隊通過給Bach1 flox/flox 小鼠尾靜脈注射AAV8-TBG-Cre病毒，建立了肝細胞特異性敲除Bach1的小鼠 （Bach1 LKO ） ；通過給loxP-Bach1轉(zhuǎn)基因小鼠注射AAV8-TBG-Cre病毒，構(gòu)建了肝細胞特異性過表達Bach1的小鼠 （Bach1 LTG ） ，并對小鼠進行12周的HFD喂養(yǎng)，構(gòu)建了高脂飲食誘導的胰島素抵抗小鼠模型。結(jié)果顯示，高脂喂養(yǎng)顯著增加了Bach1 LKO 和對照組小鼠 （Bach1 fl/fl ） 的肝重和空腹血糖水平。與Bach1 fl/fl 小鼠相比，HFD喂養(yǎng)的Bach1 LKO 小鼠的肝臟重量和肝臟重量/體重比值、空腹血糖、空腹胰島素和胰島素抵抗的穩(wěn)態(tài)模型評估指數(shù) （HOMA-IR） 水平顯著降低。葡萄糖耐量試驗 （GTT） 和胰島素耐量試驗 （ITT） 結(jié)果顯示， Bach1 LKO 改善了HFD小鼠的糖耐量和胰島素敏感性。此外，HFD喂養(yǎng)的Bach1LKO小鼠的糖原儲存能力顯著提高，肝臟中糖異生基因Pck1和G6pc的mRNA水平顯著降低，而Bach1LKO小鼠肝組織中IR-β、AKT、GSK-3β和FOXO1的磷酸化水平顯著高于Bach1f l/fl 對照組小鼠。這表明特異性敲除小鼠肝細胞Bach1能夠顯著改善HFD小鼠的葡萄糖耐量、增強胰島素信號通路。然而，肝細胞過表達Bach1則正相反。此外，在小鼠原代肝細胞、人HepG2細胞、小鼠骨骼肌細胞和脂肪前體細胞上，亦發(fā)現(xiàn)BACH1可以負調(diào)節(jié)肝細胞胰島素信號通路。  

圖2：肝細胞特異性敲除Bach1改善HFD誘導的胰島素抵抗和葡萄糖穩(wěn)態(tài)失調(diào) 

研究團隊進一步探索Bach1調(diào)控小鼠肝臟胰島素信號通路的作用機制。BACH1的N端包含一個與其他蛋白質(zhì)相互作用的BTB/POZ結(jié)構(gòu)域，在C端包含一個負責與DNA的結(jié)合和調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的Bzip結(jié)構(gòu)域。結(jié)果表明，BACH1對于胰島素信號通路的調(diào)控可能不依賴于其Bzip結(jié)構(gòu)域，而BACH1的BTB結(jié)構(gòu)域是調(diào)控胰島素信號所必需的。研究者繼續(xù)明確BACH1是否直接調(diào)節(jié)IR-β的磷酸化或通過招募一些負調(diào)控因子 （如磷脂酶） 來調(diào)節(jié)IR-β的磷酸化。結(jié)果顯示，BACH1與IR-β和蛋白酪氨酸磷酸酶-1B （PTP1B） 存在相互作用，但不與PTEN和PP2A結(jié)合。PTP1B的底物捕獲突變體PTP1B-D181A保留了與IR-β結(jié)合的能力，但不能去磷酸化其底物，研究者通過免疫熒光染色、Co-IP、GST pulldown實驗等發(fā)現(xiàn)，BACH1、PTP1B和IR-β三種蛋白主要共定位于細胞核周圍，且存在直接相互作用，這種相互作用是由BACH1 N端的BTB結(jié)構(gòu)域介導的。

圖3：BACH1通過BTB結(jié)構(gòu)域與PTP1B和IR-β相互作用 

進一步研究發(fā)現(xiàn)，胰島素刺激促進了小鼠肝臟PTP1B-IR-β復合物的形成，而 Bach1 LKO 小鼠肝臟中PTP1B-IR-β復合物顯著減少。這說明BACH1的缺失抑制了胰島素刺激時IR-β和PTP1B的結(jié)合。與此一致，在HepG2細胞中也發(fā)現(xiàn)，在胰島素刺激下，BACH1的過表達促進了IR-β在核周的積累，并增強了PTP1B和IR-β在核周的相互作用。為了進一步明確PTP1B是否參與了BACH1對于胰島素敏感性的調(diào)節(jié)，研究者使用靶向敲低PTP1B的siRNA （si-PTP1B） 處理小鼠原代肝細胞。結(jié)果顯示，BACH1的過表達顯著抑制胰島素刺激的IR-β、AKT、GSK-3β和FOXO1的磷酸化，而這種抑制作用可以被si-PTP1B部分改善。此外，研究者構(gòu)建了在肝細胞中特異性敲低PTP1B的AAV病毒 （Ptpn1 shRNA-AAV） ，在Bach1 LTG 小鼠或N TG 小鼠8周齡的時候通過尾靜脈注射Ptpn1 shRNA-AAV病毒或?qū)φ詹《続AV8-TBG-GFP，并用HFD喂養(yǎng)小鼠12周。結(jié)果也證實了 PTP1B在體內(nèi)介導BACH1負調(diào)節(jié)胰島素信號通路的作用。

圖4. BACH1促進胰島素刺激后PTP1B和IR-β的相互作用  

圖5：BACH1以PTP1B依賴的方式加重胰島素抵抗 

研究團隊進一步明確靶向抑制BACH1對于糖尿病小鼠胰島素抵抗是否具有治療作用。利用 db/db 糖尿病小鼠、AAV-sh Bach1 病毒、高胰島素-正常血糖鉗夾實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，敲低BACH1使 db/db 小鼠空腹血糖降低、葡萄糖耐量和胰島素耐量改善以及肝臟胰島素信號通路增強，且敲低BACH1小鼠的葡萄糖輸注率 （Glucose infusion rate , GIR） 顯著高于對照小鼠，對于肝葡萄糖生成 （HGP） 的抑制作用顯著增強。這些結(jié)果表明抑制BACH1表達可降低糖尿病小鼠的高血糖，增加胰島素信號通路和胰島素敏感性，減少肝臟葡萄糖生成，改善糖尿病小鼠的胰島素抵抗表型。  

圖6：肝細胞特異性敲低BACH1可以改善糖尿病小鼠的高血糖和胰島素抵抗表型 

綜上，在高脂飲食誘導下BACH1在肝臟中表達增高；BACH1通過促進肝細胞PTP1B與IR-β結(jié)合，抑制肝細胞胰島素信號通路，加劇高脂飲食誘導的小鼠胰島素抵抗。肝細胞特異性敲除BACH1或抑制肝臟BACH1表達有助于增加高脂飲食喂養(yǎng)小鼠和糖尿病小鼠肝臟中的胰島素敏感性，降低血糖，改善葡萄糖耐量和糖代謝的異常。這項研究闡明了BACH1在調(diào)控肝臟胰島素敏感性和葡萄糖代謝中的重要作用，為胰島素抵抗相關(guān)疾病的防治提供了新的靶點。 復旦大學基礎(chǔ)醫(yī)學院金嘉玉博士、何韞荃博士和郭階雨博士后為論文共同第一作者，復旦大學基礎(chǔ)醫(yī)學院孟丹教授和支秀玲副教授為論文共同通訊作者。復旦大學為第一作者單位。該研究得到了瑞士蘇黎世大學Elena Osto教授、中科院營養(yǎng)與健康研究所丁秋蓉研究員、上海市第六人民醫(yī)院張明亮醫(yī)師等人的大力支持；同時得到了來自國家自然科學基金重大研究計劃重點項目，國家自然科學基金重點國際合作項目、上海市優(yōu)秀學術(shù)帶頭人項目、上海市科委科技創(chuàng)新行動計劃以及復旦大學卓識杰出人才項目等基金的資助。

論文鏈接 ： https://www.nature.com/articles/s41467-023-44088-z

本文由“健康號”用戶上傳、授權(quán)發(fā)布，以上內(nèi)容（含文字、圖片、視頻）不代表健康界立場?！敖】堤枴毕敌畔l(fā)布平臺，僅提供信息存儲服務(wù)，如有轉(zhuǎn)載、侵權(quán)等任何問題，請聯(lián)系健康界（jkh@hmkx.cn）處理。

相關(guān)知識

翁建平教授團隊揭示肝臟胰島素抵抗 (IR) 和脂肪變性的新型驅(qū)動因子及其調(diào)控機制
Nature子刊：薛宇、賈大團隊揭示生酮飲食發(fā)揮抗癌作用的新機制
JEM：孟卓賢/朱凌云團隊揭示飲食干預改善2型糖尿病胰島β細胞功能損傷的分子機制
肥胖人的福音？中山六院研究團隊連續(xù)發(fā)文揭示肥胖機制
為阿爾茨海默病防治提供新策略：廈門大學張杰團隊揭示小膠質(zhì)細胞糖脂代謝調(diào)控新機制
復旦大學雷群英團隊等揭示BCAA
Nature子刊：葉海峰團隊開發(fā)新型光遺傳學技術(shù)，實現(xiàn)光照減肥
Nature子刊：曾玉華團隊發(fā)現(xiàn)寒冷環(huán)境有助于減肥、消炎并改善代謝健康的關(guān)鍵機制
Nature子刊：張華鳳/高平合作揭示ENO1通過抑制鐵死亡來促進肝癌的新機制
Nature子刊：陳子江院士團隊揭示母親肥胖對圍產(chǎn)期及子代健康的影響

網(wǎng)址: Nature子刊：復旦大學孟丹團隊揭示BACH1調(diào)控肝臟胰島素抵抗新機制 http://www.u1s5d6.cn/newsview799293.html