阜外醫(yī)院汪一波教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)ZFYVE28為胰島素抵抗?jié)撛谥委熜掳悬c(diǎn)

肥胖是全球主要的公共衛(wèi)生問題之一，胰島素抵抗（Insulin resistance, IR）是肥胖人群常見的并發(fā)癥之一，與多種疾病的發(fā)生密切相關(guān)，包括糖尿病、代謝綜合征、血脂異常、高血壓及眾多心血管疾病。然而，盡管大多數(shù)肥胖患者表現(xiàn)出胰島素敏感性受損，但約30%的肥胖患者仍然維持正常的代謝指數(shù)，胰島素敏感性與健康人相似，被稱為代謝健康的肥胖。這部分人群與胰島素抵抗的患者的生化和分子調(diào)控機(jī)制的差異尚未明確，深入了解胰島素抵抗的分子機(jī)制對(duì)改善胰島素敏感性和預(yù)防相關(guān)的心血管疾病是十分重要的。
 
2023年10月26日，中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院汪一波教授團(tuán)隊(duì)在Nature Communications上發(fā)表題為“ZFYVE28 mediates insulin resistance by promoting phosphorylated insulin receptor degradation via increasing late endosomes production”的研究。該研究首次發(fā)現(xiàn)了ZFYVE28在單純性肥胖和胰島素抵抗的兩種狀態(tài)下的表達(dá)差異，并揭示了ZFYVE28促進(jìn)磷酸化胰島素受體降解的調(diào)控作用。從機(jī)制上講，ZFYVE28通過其FYVE結(jié)構(gòu)域與細(xì)胞內(nèi)體共定位，并促進(jìn)早期內(nèi)體向晚期內(nèi)體轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)磷酸化胰島素受體的降解，介導(dǎo)胰島素抵抗的發(fā)生發(fā)展。因此，靶向ZFYVE28可作為改善胰島素抵抗，預(yù)防相關(guān)心血管疾病的新的潛在靶點(diǎn)。
 

 
研究材料
在該研究中，研究人員使用了Zfyve28 KO小鼠、Zfyve28 flox/flox小鼠、Alb-cre小鼠進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，這三種模式動(dòng)物均由賽業(yè)生物提供。此外，研究人員還利用了AAV-Zfyve28病毒、ZFYVE28慢病毒、HepG2細(xì)胞等進(jìn)行了相關(guān)表型和分子機(jī)制研究。
 
技術(shù)路線
01 胰島素抵抗人群外周血測(cè)序篩選候選基因ZFYVE28
02 肥胖和胰島素抵抗小鼠模型驗(yàn)證候選基因ZFYVE28
03 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究ZFYVE28受胰島素的調(diào)控機(jī)制
04 Zfyve28敲除和過表達(dá)小鼠的表型研究
05 體外實(shí)驗(yàn)探討Zfyve28參與胰島素抵抗的分子機(jī)制
 
研究結(jié)果
首先，研究人員發(fā)現(xiàn)ZFYVE28在胰島素敏感性正常的肥胖患者中表達(dá)降低，但在胰島素抵抗的代謝綜合征患者中表達(dá)升高。為了進(jìn)一步研究ZFYVE28表達(dá)水平與胰島素敏感性的關(guān)系，研究人員通過不同時(shí)間的高脂飲食（high-fat diet, HFD）喂養(yǎng)來(lái)構(gòu)建肥胖和胰島素抵抗的小鼠模型，并通過葡萄糖耐受實(shí)驗(yàn)（glucose tolerance test, GTT) 和胰島素耐受實(shí)驗(yàn)（insulin tolerance test, ITT）來(lái)檢測(cè)小鼠的胰島素敏感性。研究人員選取了4周HFD喂養(yǎng)的代謝正常的小鼠作為肥胖模型，而選取12周HFD喂養(yǎng)的小鼠作為胰島素抵抗模型，檢測(cè)了肥胖小鼠和胰島素抵抗小鼠不同組織中Zfyve28的表達(dá)水平。結(jié)果顯示，在肥胖小鼠的肝臟組織中，Zfyve28表達(dá)水平下降，而在胰島素抵抗小鼠的肝臟組織中，Zfyve28表達(dá)水平上升（圖1）。
 
ZFYVE28表達(dá)水平的差異引起了研究人員極大的興趣。接下來(lái)，研究人員通過體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)，在HepG2工具細(xì)胞和小鼠原代肝細(xì)胞中證實(shí)，NOTCH1調(diào)控ZFYVE28的表達(dá)，而胰島素通過抑制NOTCH1通路來(lái)抑制ZFYVE28的表達(dá)。在代謝正常的肥胖個(gè)體中，代償性升高的胰島素水平進(jìn)一步抑制了ZFYVE28的表達(dá)；而在胰島素抵抗的個(gè)體中，由于胰島素信號(hào)傳導(dǎo)的受損，ZFYVE28的表達(dá)不再被抑制。這解釋了ZFYVE28在代謝正常的肥胖個(gè)體和胰島素抵抗個(gè)體中表達(dá)水平的差異。
 
為了進(jìn)一步研究ZFYVE28在胰島素抵抗中的作用，研究人員通過尾靜脈注射AAV9-pTBG-Zfyve28構(gòu)建了Zfyve28肝臟特異性表達(dá)的小鼠模型，發(fā)現(xiàn)在HFD誘導(dǎo)下，Zfyve28過表達(dá)顯著損害了小鼠的胰島素敏感性，并引起了血清及臟器甘油三酯、膽固醇含量的升高。研究人員還構(gòu)建了Zfyve28全身性敲除（KO）和肝臟特異性敲除（LKO）的小鼠（賽業(yè)生物提供Zfyve28 KO小鼠、Zfyve28 flox/flox 小鼠、Alb-cre小鼠）。有趣的是，在喂養(yǎng)HFD時(shí)，Zfyve28的敲除顯著預(yù)防了小鼠的肝臟脂肪變性，改善了小鼠的胰島素敏感性，并引起了小鼠肝臟中磷酸化胰島素受體水平的升高。此外，Zfyve28敲除小鼠表現(xiàn)出更低的血清脂質(zhì)水平、血壓，以及改善的心臟微循環(huán)，肝臟和心臟的重量及脂質(zhì)含量也低于對(duì)照組�？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，Zfyve28敲除鼠表現(xiàn)出更好的胰島素敏感性和相關(guān)的心血管代謝指標(biāo)（圖2）。
 
研究人員還深入研究了ZFYVE28參與胰島素敏感性調(diào)控的分子機(jī)制。正常生理狀況下，胰島素受體在結(jié)合胰島素后發(fā)生磷酸化，啟動(dòng)下游胰島素信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)；磷酸化的胰島素受體隨后會(huì)內(nèi)吞進(jìn)細(xì)胞早期內(nèi)體中，并通過再循環(huán)內(nèi)體回到細(xì)胞膜表面，或者通過晚期內(nèi)體靶向溶酶體降解。研究人員發(fā)現(xiàn)，ZFYVE28能顯著促進(jìn)胰島素刺激后的磷酸化胰島素受體的降解而非去磷酸化，且該作用與FYVE結(jié)構(gòu)域密切相關(guān)。ZFYVE28通過其FYVE結(jié)構(gòu)域，與早期內(nèi)體共定位，并促進(jìn)早期內(nèi)體向晚期內(nèi)體的轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)了磷酸化胰島素受體的降解（圖3）。
 
研究結(jié)論
本項(xiàng)研究的結(jié)果證實(shí)，ZFYVE28在胰島素敏感性的調(diào)控中起重要作用，ZFYVE28的敲除可顯著改善小鼠的胰島素敏感性和相關(guān)的心血管代謝指標(biāo)。研究人員還證實(shí)了胰島素通過NOTCH1通路抑制ZFYVE28的表達(dá)，而在胰島素抵抗的情況下，受損的胰島素信號(hào)不再抑制ZFYVE28的表達(dá)，導(dǎo)致ZFYVE28表達(dá)水平的升高。機(jī)制上講，ZFYVE28通過其FYVE結(jié)構(gòu)域，與早期內(nèi)體共定位，并促進(jìn)早期內(nèi)體向晚期內(nèi)體的轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)了磷酸化胰島素受體的降解（圖4）。該研究首次發(fā)現(xiàn)了ZFYVE28在代謝正常和胰島素抵抗的個(gè)體間的表達(dá)差異，并深入研究了ZFYVE28參與胰島素抵抗的分子機(jī)制。ZFYVE28可作為潛在的改善胰島素抵抗及預(yù)防相關(guān)心血管疾病的新的靶點(diǎn)。
 
原文鏈接：DOI: 10.1038/s41467-023-42657-w
原文檢索：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
  圖1. ZFYVE28在胰島素敏感性正常的肥胖個(gè)體中表達(dá)降低，但在胰島素抵抗的個(gè)體中表達(dá)升高
 

圖2. Zfyve28肝臟特異性敲除改善了小鼠的胰島素敏感性及相關(guān)的代謝指標(biāo)
  圖3. ZFYVE28促進(jìn)早期內(nèi)體向晚期內(nèi)體的轉(zhuǎn)化