過度的肝臟糖異生和脂肪生成是導(dǎo)致高血糖、高甘油三酯血癥、糖尿病和非酒精性脂肪肝（NAFLD）的關(guān)鍵因素，先前的研究深入揭示序列相似家族3成員A（FAM3A）在控制肝臟糖脂代謝、胰島β細胞功能、脂肪細胞分化等生理病理過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。已知線粒體蛋白FAM3A通過刺激ATP釋放來激活P2受體途徑維持代謝穩(wěn)態(tài)，然而其調(diào)節(jié)肝細胞ATP釋放的機制尚未闡明。
2024年6月27日，北大基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院楊吉春教授、北大人民醫(yī)院遲毓婧副教授及吉林大學(xué)第一醫(yī)院劉興凱教授團隊，在Military Medical Research (IF 16.7)發(fā)表“PANX1-mediated ATP release confers FAM3A’s suppression effects on hepatic gluconeogenesis and lipogenesis”。文章揭示了PANX1介導(dǎo)的ATP釋放是FAM3A發(fā)揮改善肝臟糖脂代謝的關(guān)鍵。
01研究結(jié)果
1、肝臟PANX1在維持糖脂代謝中起著至關(guān)重要的作用
RNA測序結(jié)合基因表達水平檢測發(fā)現(xiàn)PANX1在肥胖小鼠肝臟中mRNA水平增加，此外在NAFLD患者和糖尿病小鼠的肝臟中觀察到PANX1蛋白水平升高。進行PANX1體外過表達不僅增加了小鼠和人肝細胞胞外的ATP水平，還降低了糖異生和脂質(zhì)沉積；另一方面，體內(nèi)PANX1的過表達也顯著降低了糖尿病及肥胖小鼠的肝臟糖異生和脂質(zhì)沉積，敲低PANX1后則得到了與之相反的結(jié)果。隨后，研究團隊構(gòu)建了PANX1敲除小鼠，與WT小鼠相比，PANX1−/-小鼠的空腹血糖水平顯著升高，在ND喂養(yǎng)下表現(xiàn)出糖耐量受損、肝葡萄糖生成增加、胰島素敏感性降低以及脂質(zhì)沉積；然而，PANX1的回補改善了上述PANX1−/-小鼠的糖尿病和脂肪肝癥狀。這些發(fā)現(xiàn)揭示了肝臟PANX1在維持葡萄糖和脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)中起著關(guān)鍵作用。
PANX1介導(dǎo)的ATP釋放抑制培養(yǎng)肝細胞的葡萄糖生成和脂質(zhì)沉積
2、PANX1通過抑制JNK-AP1-FAS途徑，改善肝臟脂質(zhì)沉積
接下來，研究團隊深入研究了PANX1改善肝臟糖異生和脂質(zhì)沉積的機制，發(fā)現(xiàn)PANX1通過釋放ATP和主要激活P2Y受體信號通路來抑制肝糖異生。此外，在PANX1過表達的肝細胞和肝臟中檢測到了參與脂質(zhì)代謝各個方面的關(guān)鍵基因，而FAS是唯一一個在肝細胞和HFD小鼠肝臟中被PANX1持續(xù)下調(diào)的基因，當PANX1在小鼠肝臟中被敲低或缺失時，F(xiàn)AS蛋白水平增加；PANX1誘導(dǎo)的FAS蛋白水平和脂質(zhì)沉積的抑制可以通過PBN或P2受體抑制劑suramin給藥逆轉(zhuǎn)。以往研究證明釋放的ATP作用于P2受體，激活肝細胞中的CaM，而在PANX1過表達后，肝細胞中CaM的蛋白水平升高。進一步的研究證實了CaM和JNK之間存在相互作用，CaM過表達可抑制JNK及轉(zhuǎn)錄因子AP1的磷酸化，從而下調(diào)脂肪酸合成酶FAS的蛋白水平。
PANX1通過抑制JNK-AP1-FAS途徑，改善肝臟脂質(zhì)沉積
3、FAM3A介導(dǎo)的ATP釋放依賴于PANX1
檢測發(fā)現(xiàn)在小鼠和人肝細胞中，F(xiàn)AM3A過表達上調(diào)PANX1 mRNA及蛋白水平，為了確定FAM3A促進PANX1轉(zhuǎn)錄的機制，研究團隊進行了生物信息學(xué)預(yù)測，在PANX1基因啟動子區(qū)鑒定出參與肝臟糖脂代謝調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄因子HSF1的結(jié)合位點，并證實HSF1過表達可激活肝細胞中PANX1轉(zhuǎn)錄活性，增加其蛋白水平。此外，過表達FAM3A提高了小鼠和人肝細胞中HSF1的蛋白水平，用HSF1抑制劑KRIBB11處理可消除FAM3A誘導(dǎo)的PANX1蛋白水平的增加。隨后，研究團隊進一步證實FAM3A誘導(dǎo)的ATP的釋放依賴于PANX1。為了進一步研究FAM3A對肝臟葡萄糖和脂質(zhì)的調(diào)節(jié)作用是否依賴于PANX1，使用AAV-GFP作為對照，將AAV-FAM3A注射到PANX1缺陷小鼠的尾靜脈中，發(fā)現(xiàn)FAM3A過表達未能改善PANX1缺陷小鼠的肝臟糖異生和脂質(zhì)沉積，表明PANX1介導(dǎo)的ATP釋放賦予FAM3A對肝臟糖脂代謝的調(diào)節(jié)作用。
FAM3A過表達未能挽救PANX1缺陷小鼠的代謝紊亂
02結(jié)論
本研究闡明PANX1介導(dǎo)的ATP釋放對于抑制肝臟糖異生和脂肪生成至關(guān)重要。機制上，F(xiàn)AM3A激活HSF1以誘導(dǎo)PANX1表達，從而促進FAM3A誘導(dǎo)的ATP釋放及其隨后對肝細胞糖脂代謝的調(diào)節(jié)作用。研究結(jié)果揭示了非胰島素依賴的FAM3A信號通路及網(wǎng)絡(luò)作為代謝性疾病治療的可行靶點，并為全面揭示FAM3A調(diào)控ATP合成釋放緩解糖尿病及脂肪肝的機制提供了重要實驗依據(jù)。