肥胖是誘發(fā)胰島素抵抗及T2D的主要因素。肥胖患者肝臟脂質(zhì)蓄積，體內(nèi)糖脂代謝紊亂，使肝臟葡萄糖生成（HGP）異常增多，血糖升高。有研究表明，在蓄積的脂質(zhì)中甘油二酯（DAGs）作為信號(hào)分子是導(dǎo)致肝臟及全身胰島素抵抗的關(guān)鍵因素。sn-1,2-DAG是其唯一活性構(gòu)型，可激活PKCε蛋白，并促進(jìn)PKCε由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞膜上，使胰島素受體激酶（IRK）上的關(guān)鍵氨基酸，蘇氨酸T1160磷酸化，從而破壞IRK環(huán)的穩(wěn)定性，降低胰島素依賴的PI3K活性。這種失活導(dǎo)致蛋白酶1（PDK1）依賴的AKT活性下降，并通過調(diào)節(jié)糖原合酶激酶3（GSK3）及其底物糖原合酶（GS）抑制肝臟糖原合成。此外，AKT的失活會(huì)抑制FOXO1的磷酸化并促進(jìn)其核轉(zhuǎn)位，從而增加下游靶基因的表達(dá)，促進(jìn)肝糖異生。因此，抑制sn-1,2-DAG-PKCε信號(hào)軸是治療肥胖型胰島素抵抗的有效策略。
2022年12月16日，Cell Metabolism刊登了中國(guó)藥科大學(xué)天然藥物活性組分與藥效國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李萍/楊華/鄭祖國(guó)團(tuán)隊(duì)的題為“Discovery of a potent allosteric activator of DGKQ that ameliorates obesity-induced insulin resistance via the sn-1,2-DAG-PKCε signaling axis”的最新研究成果。
該研究利用高內(nèi)涵篩選結(jié)合液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)，篩選出中藥活性成分白術(shù)內(nèi)酯II（AT II）可降低肝臟sn-1,2-DAG水平，抑制PKCε活性，改善肥胖型胰島素抵抗，并發(fā)現(xiàn)AT II的作用靶蛋白為DGKQ，深入的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)AT II別構(gòu)激活DGKQ，且這一效應(yīng)具有物種保守性。李萍教授、楊華教授、鄭祖國(guó)副研究員為通訊作者，鄭祖國(guó)副研究員、博士生徐殷越為共同第一作者。
sn-1,2-DAG是肥胖誘發(fā)胰島素抵抗的代謝信號(hào)分子，但目前還沒有針對(duì)sn-1,2-DAG開發(fā)藥物用于治療胰島素抵抗。本研究首先利用高內(nèi)涵技術(shù)建立PKCε抑制劑的高通量篩選體系，進(jìn)一步利用UPLC-TOF MS技術(shù)篩選可下調(diào)sn-1,2-DAG的活性成分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)白術(shù)內(nèi)酯II（AT II）可下調(diào)sn-1,2-DAG水平，抑制PKCε的活性。
為了進(jìn)一步確證AT II藥效作用，首先在細(xì)胞水平考察了AT II改善胰島素抵抗的效應(yīng)，結(jié)果顯示AT II可濃度依賴地抑制sn-1,2-DAG-PKCε信號(hào)軸，從而改善胰島素信號(hào)通路，抑制肝臟糖異生、促進(jìn)肝糖原合成。接著利用長(zhǎng)期高脂飲食（24周）、短期高脂飲食（1, 2, 4, 6周）和ob/ob小鼠誘導(dǎo)肥胖胰島素抵抗模型，同樣也顯示AT II均可改善上述疾病模型下的肥胖型胰島素抵抗。綜合利用多種基因操控和藥理學(xué)手段，在細(xì)胞水平和動(dòng)物水平均驗(yàn)證AT II改善肥胖型胰島素抵抗是依賴于肝臟sn-1,2-DAG-PKCε信號(hào)軸。
AT II到底是如何通過sn-1,2-DAG-PKCε信號(hào)軸發(fā)揮改善胰島素抵抗作用，其作用靶點(diǎn)是什么？研究人員合成了保留AT II原活性的探針（A6），利用化學(xué)蛋白質(zhì)組學(xué)、MST、SPR、CETSA、DARTs、非放射性酶活檢測(cè)等方法，確定AT II可特異性激活二酰甘油激酶θ（DGKQ）。進(jìn)一步通過DGKQ抑制劑R59022以及DGKQ KO細(xì)胞，在細(xì)胞水平上證明了AT II通過激活DGKQ，從而抑制sn-1,2-DAG-PKCε信號(hào)軸，發(fā)揮改善胰島素抵抗作用；通過建立肝臟特異性Dgkq敲降小鼠，在動(dòng)物水平驗(yàn)證了AT II改善肥胖型胰島素抵抗完全依賴于肝臟DGKQ。
最后為了深入探究AT II激活DGKQ的作用機(jī)制，構(gòu)建了DGKQ不同結(jié)構(gòu)域的重組蛋白，通過A6探針進(jìn)行pull down實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)AT II可與DGKQ的CRD和PH結(jié)構(gòu)域結(jié)合。通過同源建模、位點(diǎn)突變等，發(fā)現(xiàn)CRD結(jié)構(gòu)域中的S193、C204和S241三個(gè)氨基酸位點(diǎn)在AT II和DGKQ的結(jié)合中起著決定性作用，而PH結(jié)構(gòu)域中的A496、P497和H498三個(gè)氨基酸則可能是有助于AT II進(jìn)入藥物結(jié)合口袋。
該研究不僅揭示了ATII改善肥胖型胰島素抵抗的作用靶標(biāo)與作用機(jī)制，而且為肥胖型胰島素抵抗的藥物研發(fā)策略提供了借鑒。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.11.012
（供稿單位：中藥學(xué)院，撰寫人：蕭海濤，審稿人：黃欣、鄭詩(shī)翌）