Nature Metabolism | WDR6上调促进胰岛素抵抗小鼠肝脏脂肪的从头合成

肝脂肪变性是最常见的慢性肝脏疾病之一，其发病机制复杂，尚未完全阐明，IR被认为是主要致病因素。在生理条件下，胰岛素可以抑制肝脏糖异生，促进DNL储存热量。IR期间，肝脏胰岛素信号缺失，肝脏DNL无法被抑制，肝脂肪变性增加的机制仍不完全清楚。

人WDR6蛋白是含有WD40重复序列（WDR）的蛋白。WD40重复序列是一个保守的蛋白质结构域，由40-60个氨基酸残基组成，它的基本功能是协调多种蛋白质复合物的组装，含有WDR的蛋白质广泛分布在各种组织中。WDR6是否参与脂质代谢仍有待研究。

IR期间WDR6在胰岛素应答中上调

首先通过高脂肪饮食（HFD）6周构建IR小鼠模型，注射胰岛素后脂肪酸合成酶（FASN）升高，脂肪生成基因表达不受影响。转录组分析筛选出8个在IR期间可能对胰岛素有反应的基因，并对它们进行RT-qPCR分析，结合文献发现WDR6可能对胰岛素有反应并参与代谢，选择Wdr6进一步研究。补充外源性和内源性胰岛素后WDR6水平升高，非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）小鼠肝脏WDR6表达增加，验证了WDR6参与肝脏脂质代谢。作者还构建了内源性表达WDR6-FLAG融合蛋白的HepG2细胞系，胰岛素处理导致WDR6表达增加且主要定位于细胞质。敲低Insr或用胰岛素受体（INSR）拮抗剂S961处理后WDR6增加幅度减小。综合体内外实验结果可知，IR时肝脏Wdr6通过INSR信号对胰岛素产生特异性反应。

为了证实WDR6与IR诱导的肝脏代谢紊乱有关，作者用HFD喂养选择性敲低肝脏Wdr6的小鼠，发现Wdr6敲低可以抑制小鼠体重增加，抑制血清甘油三酯（TAG）、空腹血糖（FPG）增加幅度，改善胰岛素敏感性和肝脏脂质沉积，因此WDR6参与肝脏脂质代谢。用AAV-shWDR6治疗已喂食HFD 2周的小鼠，IR和脂质沉积得到改善。过表达Wdr6则促进肝脏脂质沉积。因此，特异性抑制肝脏Wdr6可改善或逆转IR期间的代谢紊乱，尤其是肝脂质沉积，而Wdr6过表达则具有相反的作用。

肝脏WDR6通过调节DNL影响肝脏甘油三酯沉积

对肝脏Wdr6敲低小鼠进行肝脏脂质组学分析，进一步检测脂质代谢途径是否受到WDR6影响。由于TAG在敲低前后变化最大，作者评估了参与肝脏TAG代谢主要途径（包括DNL、脂肪分解、游离脂肪酸氧化和摄取）以及葡萄糖代谢的代表性基因表达，DNL相关基因Fasn表达较低，FASN活性较低。Wdr6全身敲除小鼠原代肝细胞中FASN产物新合成棕榈酸酯的含量明显降低，DNL率降低，表明WDR6在IR期间促进肝脏DNL，相关基因中Fasn是主要靶点。将DNL的关键转录因子SREBP1c敲除后，肝脏TAG沉积减少，但WDR6过表达仍然可以升高肝脏TAG和FASN的蛋白水平，所以在WDR6介导的Fasn表达和肝脏TAG沉积的调节过程中，SREBP1c起重要作用但不是必需的，敲除SREBP1c只能部分阻断这种作用。

作者继续探究了WDR6调控FASN表达的机制。转录组分析和GO、Reactome分析显示WDR6可能参与翻译后调控过程，IP-MS、磷酸化蛋白质组学分析显示Wdr6敲除后Thr316位点的磷酸化PPP1CB表达增加，WDR6可能直接或间接与PPP1CB结合。为了研究Thr316位点的PPP1CB磷酸化是否受到WDR6的影响，作者特异性敲入/敲除肝脏Wdr6，发现敲入小鼠的肝脏磷酸化PPP1CB水平较低，相反敲除小鼠的水平较高。此外，作者还研究了补充内源性/外源性胰岛素后PPP1CB磷酸化、FASN水平变化，这些结果表明Thr316位点的PPP1CB磷酸化受WDR6、胰岛素和外部营养环境的影响。

PPP1CB-Thr316介导WDR6调控Fasn转录

为了明确PPP1CB在肝脏DNL中的生理功能，作者用si-PPP1CB或PPP1CB-FLAG过表达载体转染HepG2细胞，观察到PPP1CB与FASN水平呈负相关，并在小鼠中得到相似的结果。同时作者还发现，WDR6导致的DNA依赖性蛋白激酶（DNA-PK）和上游转录因子1（USF1）增加可以被过磷酸化的PPP1CB抑制（DNA-PK和USF1能够调节肝脏脂肪生成，USF1还是Fasn关键转录因子），表明Thr316位点的PPP1CB磷酸化介导WDR6调控USF1和FASN，敲除Usf1后WDR6无法驱动脂肪生成和TAG沉积。

WDR6通过FKSRSR基序与PPP1CB相互作用

接下来，作者探究了WDR6与PPP1CB相互作用的机制。利用AlphaFold蛋白结构数据库预测到WDR6具有3个高度保守的β-拓扑结构域，IP分析显示WDR6通过b结构域与PPP1CB结合，PP1结合基序FKSRSR正位于b结构域内。由于WD40结构域负责与其他蛋白质结合，作者推测WDR6可能作为某种磷酸酶的支架蛋白导致PPP1CB去磷酸化，并通过磷酸酶抑制剂花萼素A和冈田酸处理得到验证。因此，WDR6介导的肝脏DNL调控通过其与PPP1CB的相互作用来促进PPP1CB在Thr316位点的去磷酸化。

XLIX抑制WDR6-PPP1CB相互作用并减少肝纤维化

作者检测了临床肝脏样本，进一步验证了肝脏WDR6蛋白水平与肝脏TAG或FASN水平呈正相关。植物绞股蓝中的XLIX单体与WDR6结合能力最强，通过竞争性结合产生空间位阻，破坏WDR6与PPP1CB的相互作用。用XLIX治疗NAFLD和NASH小鼠，血脂紊乱和胰岛素敏感性得到改善，肝脏脂质沉积和TAG水平下降，磷酸化PPP1CB升高，FASN降低，缓解了肝脏炎症和肝纤维化，Wdr6敲入减弱了XLIX的治疗作用。因此，XLIX可以破坏WDR6与PPP1CB结合，增强PPP1CB在Thr316位点的磷酸化，进而改善NAFLD和NASH达到治疗目的。

本文发现了一个以前未报道的肝脏DNL关键调节因子WDR6。IR期间，肝脏WDR6上调，并通过诱导PPP1CB的去磷酸化促进肝脏DNL，从而导致Fasn表达增加，进一步基因或药物靶向WDR6可有效缓解IR相关的肝脏TAG积累。天然化合物XLIX通过竞争性结合破坏WDR6与PPP1CB的相互作用，可以有效改善NASH，但具体作用机制仍不清楚，XLIX对WDR6与PPP1CB结合的影响有待深入研究。

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37735236/

撰稿、编辑 | 顾韫慧

参考文献

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