中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所、西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院和青島大學(xué)合作，首次解析脯氨酸羥基化修飾調(diào)控2型糖尿病進(jìn)展的新機(jī)制，揭示了脯氨酸羥化酶3（PHD3）通過(guò)羥基化增加糖異生關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子CRTC2的核定位與活性，進(jìn)而增加肝臟糖異生基因表達(dá)和葡萄糖產(chǎn)生。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。

肝臟是重要的內(nèi)分泌器官。肝臟糖代謝在維持機(jī)體血糖穩(wěn)態(tài)中扮演著重要角色。肝臟糖異生過(guò)度增加是導(dǎo)致高血糖和2型糖尿病的重要原因。胰高血糖素的分泌會(huì)通過(guò)激活PKA通路和增加CREB的磷酸化來(lái)促進(jìn)CREB與其轉(zhuǎn)錄輔因子CRTC2的結(jié)合，進(jìn)而促進(jìn)糖異生關(guān)鍵限速酶PEPCK和G6Pase的表達(dá)，增加糖異生水平。脯氨酸羥化酶PHD3能夠通過(guò)感應(yīng)氧氣含量的變化來(lái)調(diào)節(jié)缺氧誘導(dǎo)因子HIF的羥基化水平，從而影響其活性。然而，PHD3能否感應(yīng)機(jī)體其他生理狀態(tài)變化并調(diào)控機(jī)體葡萄糖代謝與血糖穩(wěn)態(tài)尚不清楚。

為探究PHD3是否能夠感應(yīng)機(jī)體能量的變化，研究人員檢測(cè)了正常飼喂和禁食狀態(tài)下小鼠肝臟中PHD3的蛋白水平，發(fā)現(xiàn)禁食能顯著增加PHD3的蛋白表達(dá)。研究利用PHD3肝細(xì)胞特異性敲除小鼠，分別進(jìn)行禁食和高脂高蔗糖飲食喂養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是在禁食的生理狀態(tài)還是肥胖的病理狀態(tài)下，PHD3肝細(xì)胞特異性敲除均能降低小鼠肝臟中糖異生關(guān)鍵酶的表達(dá)水平和減少葡萄糖生成。為了探究PHD3的作用是否通過(guò)其羥化酶活性來(lái)發(fā)揮，研究進(jìn)一步構(gòu)建了PHD3肝細(xì)胞羥化酶活性缺失的基因敲入（KI）小鼠模型，得到和PHD3肝細(xì)胞特異性敲除小鼠一致的結(jié)果，表明PHD3參與糖異生的調(diào)控過(guò)程依賴(lài)其羥化酶活性。進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，PHD3通過(guò)羥基化CRTC2的Pro129和Pro625位點(diǎn)，促進(jìn)CRTC2與CREB結(jié)合，增加CRTC2的核轉(zhuǎn)位與轉(zhuǎn)錄活性，從而增加糖異生基因轉(zhuǎn)錄和葡萄糖生成。此外，CRTC2 Pro615位點(diǎn)的羥基化水平在禁食小鼠、ob/ob肥胖的糖尿病小鼠、糖尿病病人肝臟組織中均顯著增加，這表明在生理和病理?xiàng)l件下，PHD3介導(dǎo)的CRTC2羥基化修飾可能在小鼠及人的血糖穩(wěn)態(tài)調(diào)控中均發(fā)揮重要作用。

研究顯示，糖異生關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子CRTC2是PHD3新的下游底物，羥基化修飾增強(qiáng)了CRTC2的核轉(zhuǎn)位與活性，從而增加糖異生基因的表達(dá)和肝糖輸出。同時(shí)，該研究表明抑制肝臟PHD3或CRTC2羥基化可能是治療高血糖和2型糖尿病的新策略。蛋白質(zhì)翻譯后修飾與2型糖尿病等代謝性疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。李于研究組此前發(fā)現(xiàn)，AMPK通過(guò)磷酸化修飾脂質(zhì)合成代謝關(guān)鍵因子Insig和SREBP，抑制肝臟脂質(zhì)過(guò)度合成和非酒精性脂肪肝。上述研究揭示了蛋白翻譯后修飾關(guān)鍵酶（如PHD3和AMPK）調(diào)節(jié)糖脂代謝紊亂的分子機(jī)制，為防治2型糖尿病和脂肪肝等代謝性疾病提供新的思路和治療手段。

研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、上海市市級(jí)科技重大專(zhuān)項(xiàng)、代謝性血管疾病四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題、山東省自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金的資助，并獲得營(yíng)養(yǎng)與健康所公共技術(shù)中心的支持。

論文鏈接

PHD3通過(guò)非經(jīng)典的CRTC2羥基化修飾激活肝糖異生模式圖。在禁食或胰高血糖素刺激條件下，PHD3結(jié)合并羥基化CRTC2的Pro129和Pro615位點(diǎn)，導(dǎo)致CRTC2的核轉(zhuǎn)位和CREB/CRTC2途徑激活，促進(jìn)糖異生基因表達(dá)和肝糖輸出。CRTC2羥基化是一種非經(jīng)典的CRTC2翻譯后修飾，獨(dú)立于經(jīng)典的CRTC2磷酸化修飾對(duì)肝臟糖異生的調(diào)控。

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網(wǎng)址: 研究發(fā)現(xiàn)脯氨酸羥基化修飾調(diào)控2型糖尿病的新機(jī)制 http://m.u1s5d6.cn/newsview1509401.html