蛋白質翻譯后修飾通過泛素化降解途徑調節脂肪酸合成

　　2月7日，國際學術期刊《自然-通訊》（Nature Communications）在線發表了中國科學院上海營養與健康研究所李于研究組的最新研究成果“Post-translational regulation of lipogenesis via AMPK-dependent phosphorylation of insulin-induced gene”。該研究發現腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）通過磷酸化增加內質網錨定蛋白Insig的活性，進而抑制肝臟脂質合成的功能，揭示了蛋白質翻譯后修飾通過泛素化降解途徑調節脂肪酸合成的新機制。

　　隨著生活方式和飲食結構的改變，非酒精性脂肪肝病在全球范圍所占比例越來越高，并且近年來其發病率呈上升趨勢。非酒精性脂肪肝與2型糖尿病、肥胖以及心血管疾病等重大代謝性疾病的發生發展密切相關。肝臟脂肪酸從頭合成的增加在非酒精性脂肪肝的發生發展過程中扮演著重要角色。AMPK是真核生物主要的能量感應因子，在能量應激的情況下感應細胞內升高的AMP：ATP和ADP：ATP水平，通過抑制合成代謝，促進分解代謝使能量達到穩態。AMPK作為機體重要的能量感應因子，調控著蛋白質、脂肪和糖代謝等過程。二甲雙胍是臨床中治療2型糖尿病的首選藥物，能夠通過激活AMPK改善機體糖脂代謝紊亂。二甲雙胍在改善肝臟脂質沉積、降低人的非酒精性脂肪肝病方面同樣具有良好的效果，但其作用分子機制仍需要進一步闡明。

　　帶著這一科學問題，李于團隊博士研究生韓亞美、胡志敏等人構建了二甲雙胍給藥的飲食誘導的肥胖小鼠模型，通過篩選小鼠肝臟中的差異蛋白，發現二甲雙胍處理能夠在激活AMPK的同時顯著地增加肝臟細胞內錨定于內質網的Insig-1和Insig-2的蛋白水平，與肝臟內甘油三脂含量呈負相關。通過進一步的研究發現，AMPK能夠磷酸化修飾Insig，抑制Insig與E3泛素連接酶gp78的相互作用，通過抑制Insig泛素化水平和蛋白酶體降解途徑，增加其蛋白穩定性；進而抑制SREBP-1的剪切活化，降低脂質合成基因表達和肝細胞脂質積累。蛋白質譜檢測和生化分析表明，Thr222位點介導了AMPK對Insig-1活性增強的作用，以及對SREBP-1剪切和脂質合成基因表達水平的抑制作用。同時，研究人員發現利用腺病毒過表達Insig-1可以緩解肝臟特異性AMPKα2缺失引起肝臟脂質沉積增加的作用。這些研究表明Insig是AMPK新的靶蛋白，在介導二甲雙胍-AMPK信號通路抑制肝臟脂質從頭合成過程中起重要作用。

　　 最近，李于團隊發現新型代謝因子CREBZF能夠感應胰島素信號，通過抑制Insig的轉錄水平，使胰島素發揮促進肝臟脂質合成的功能，從而揭示了肝臟中為什么會發生選擇性胰島素抵抗的科學問題（Zhang F, et al, Hepatology, 2018）；另外，研究發現AMPK能通過磷酸化SREBP，抑制肝臟脂質合成（Li Y, et al, Cell Metabolism, 2011）。在生理條件下，這些復雜的營養感應機制和代謝調控途徑，可以有效維持機體在能量缺乏或者充足條件下的脂代謝動態平衡；然而，在長期肥胖和營養過剩條件下，這些代謝調控分子網絡受阻或紊亂，引起肝臟脂代謝失衡和功能障礙，導致非酒精性脂肪肝、胰島素抵抗和2型糖尿病。這些研究成果表明，CREBZF和AMPK介導的Insig轉錄調控和翻譯后修飾在脂質代謝中起關鍵作用，為臨床治療非酒精性脂肪肝提供新的治療策略。

　　該研究得到武漢大學教授宋保亮、上海交通大學附屬新華醫院教授范建高、中科院上海藥物研究所研究員李佳和李靜雅、營養與健康所研究員方靖、浙江工業大學教授魏春的支持和幫助。該項目得到國家科技部重點研發計劃、國家自然科學基金委、中科院科研基金、王寬誠教育基金等的支持。

　　博士研究生韓亞美、胡志敏為論文共同第一作者，李于為通訊作者。

圖：AMPK通過磷酸化修飾Insig調節脂肪酸合成。二甲雙胍、A769662等在激活AMPK的情況下，能夠磷酸化Insig-1 Thr222位點，抑制其與E3泛素連接酶gp78的相互作用，降低泛素化水平，從而增加蛋白穩定性，抑制SREBP的剪切和活化，進一步抑制脂質合成基因表達和肝臟脂肪酸合成，改善肝臟脂質沉積和脂肪肝。該研究揭示了蛋白質翻譯后修飾通過泛素化降解途徑調節脂肪酸合成的新機制，為臨床中治療非酒精性脂肪肝和相關代謝性疾病提供了新靶點和新思路。