Nat Commun︱阜外医院汪一波教授团队揭示ZFYVE28调控胰岛素信号的新机制

文摘   2025-01-04 08:01   广东  

胰岛素抵抗(Insulin resistance, IR)是社会人群中主要的疾病负担之一,是肥胖、糖尿病、代谢综合征以及众多心血管疾病的独立危险因素,改善胰岛素敏感性一直是相关疾病治疗中的重点任务,深入了解胰岛素抵抗的发生机制,对于疾病的预防和治疗均具有重要意义。


为进一步揭示胰岛素抵抗的发病机制,中国医学科学院阜外医院汪一波教授团队利用人群测序数据结合体内外实验,通过深入研究,发现了ZFYVE28在胰岛素信号传导中的重要作用,并揭示了ZFYVE28促进磷酸化胰岛素受体降解的调控作用。从机制上讲,ZFYVE28通过FYVE结构域与细胞内体共定位,并促进早期内体向晚期内体转化,从而促进磷酸化胰岛素受体的降解,介导了胰岛素抵抗的发生发展。因此,靶向ZFYVE28可作为改善胰岛素抵抗,预防相关心血管疾病的新的潜在靶点。相关研究于2023年10月26日以“ZFYVE28 mediates insulin resistance by promoting phosphorylated insulin receptor degradation via increasing late endosomes production”为题在Nature Communications上发表,赛业生物为该研究提供了基因工具鼠。


图片来源:《Nature Communications》

(https://www.nature.com/articles/s41467-023-42657-w


研究材料与方法

在该研究中,研究人员使用了Zfyve28 KO小鼠、Zfyve28 flox/flox 小鼠、Alb-cre小鼠(均由赛业生物提供)。此外,研究人员还利用了AAV-Zfyve28病毒、ZFYVE28慢病毒、HepG2细胞等进行了相关表型和分子机制研究。


技术路线

01

胰岛素抵抗人群外周血测序筛选候选基因ZFYVE28

02

肥胖和胰岛素抵抗小鼠模型验证候选基因ZFYVE28

03

细胞实验研究ZFYVE28受胰岛素的调控机制

04

Zfyve28敲除和过表达小鼠的表型研究

05

体外实验探讨Zfyve28参与胰岛素抵抗的分子机制


研究结果

通过分析胰岛素敏感性正常的肥胖患者以及胰岛素抵抗的患者的测序数据,研究人员发现ZFYVE28在胰岛素敏感性正常的肥胖患者中表达降低,但在胰岛素抵抗的代谢综合征患者中表达升高。随后研究人员选取了4周HFD喂养的代谢正常的小鼠作为肥胖模型,而选取了12周HFD喂养的小鼠作为胰岛素抵抗模型,利用胰岛素敏感性实验和葡萄糖耐量实验证实小鼠模型的建立。研究人员检测了Zfyve28在肥胖小鼠和胰岛素抵抗小鼠不同组织中的表达水平,发现在肥胖小鼠的肝脏组织中,Zfyve28表达水平下降,而在胰岛素抵抗小鼠的肝脏组织中,Zfyve28表达水平上升(图1)。


图1 ZFYVE28在胰岛素敏感性正常的肥胖个体中表达降低,但在胰岛素抵抗的个体中表达升高[1]


为研究Zfyve28表达变化对胰岛素敏感性的调控作用,研究人员通过尾静脉注射AAV9-pTBG-Zfyve28构建了Zfyve28肝脏特异性表达的小鼠模型,发现在HFD诱导下,Zfyve28过表达显著损害了小鼠的胰岛素敏感性,并引起了甘油三酯、胆固醇含量的升高。研究人员还构建了Zfyve28全身性敲除(KO)和肝脏特异性敲除(LKO)的小鼠(Zfyve28 KO小鼠、Zfyve28 flox/flox小鼠、Alb-cre小鼠由赛业生物提供)。在喂养HFD时,Zfyve28的敲除显著预防了小鼠的肝脏脂肪变性,改善了小鼠的胰岛素敏感性,Zfyve28敲除小鼠还表现出更低的血清脂质水平、血压,以及改善的心脏微循环。总结来说,Zfyve28过表达损害了小鼠的胰岛素敏感性,而敲除鼠表现出更好的胰岛素敏感性和改善的心血管代谢指标(图2)。


图2 Zfyve28肝脏特异性敲除改善了小鼠的胰岛素敏感性及相关的代谢指标[1]


在分子调控机制层面,研究人员利用HepG2工具细胞和小鼠原代肝细胞证实了NOTCH1调控ZFYVE28的表达,而胰岛素通过抑制NOTCH1通路来抑制ZFYVE28的表达。在代谢正常的肥胖个体中,代偿性升高的胰岛素水平进一步抑制了ZFYVE28的表达;而在胰岛素抵抗的个体中,由于胰岛素信号传导的受损,ZFYVE28的表达不再被抑制。这解释了ZFYVE28在代谢正常的肥胖个体和胰岛素抵抗个体中表达水平的差异。而ZFYVE28表达水平的改变进一步影响了胰岛素信号传导。研究人员发现,ZFYVE28能显著促进胰岛素刺激后的磷酸化胰岛素受体的降解而非去磷酸化,且该作用与FYVE结构域密切相关。ZFYVE28通过其FYVE结构域,与早期内体共定位,并促进早期内体向晚期内体的转化,从而促进了磷酸化胰岛素受体的降解(图3)。


图3 ZFYVE28促进早期内体向晚期内体的转化[1]


研究结论

图4 ZFYVE28参与胰岛素抵抗的调控机制图[1]


本项研究的结果证实,ZFYVE28在胰岛素敏感性的调控中起重要作用,其通过FYVE结构域与内体共定位,促进了磷酸化胰岛素受体的降解(图4)。ZFYVE28的敲除可显著改善小鼠的胰岛素敏感性和相关的心血管代谢指标。该研究首次发现了ZFYVE28在胰岛素信号传导中的作用,并深入研究了ZFYVE28参与胰岛素抵抗的分子机制。ZFYVE28可作为潜在的改善胰岛素抵抗及预防相关心血管疾病的新的靶点。


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参考文献:

[1]Yu L, Xu M, Yan Y, Huang S, Yuan M, Cui B, Lv C, Zhang Y, Wang H, Jin X, Hui R, Wang Y. ZFYVE28 mediates insulin resistance by promoting phosphorylated insulin receptor degradation via increasing late endosomes production. Nat Commun. 2023 Oct 26;14(1):6833. doi: 10.1038/s41467-023-42657-w. PMID: 37884540; PMCID: PMC10603069


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