動(dòng)物體內(nèi)胰島素和胰高血糖素在維持碳水化合物水平的穩(wěn)定中發(fā)揮著作用。胰高血糖素及其果蠅同源物脂肪動(dòng)力激素（Akh）的增強(qiáng)反應(yīng)導(dǎo)致高熱量飲食誘導(dǎo)的跨物種高血糖。細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）級(jí)聯(lián)反應(yīng)是一個(gè)高度保守的絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路，在脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物中調(diào)節(jié)各種生物過(guò)程。雖然先前的研究已經(jīng)表征了轉(zhuǎn)導(dǎo)線(xiàn)性Akh信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)促進(jìn)碳水化合物產(chǎn)生的調(diào)控成分，但在細(xì)胞器水平上對(duì)Akh作用的空間闡明在很大程度上仍不清楚。

2023年10月，武漢大學(xué)宋威教授團(tuán)隊(duì)在Cell Reports（IF=9.9）上發(fā)表題為“Peroxisomal ERK mediates Akh/glucagon action and glycemic control”的研究文章。研究人員發(fā)現(xiàn)Akh磷酸化細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）通過(guò)鈣/鈣調(diào)蛋白依賴(lài)性蛋白激酶II（CaMKII）級(jí)聯(lián)反應(yīng)將其易位到過(guò)氧化物酶體，以增加脂肪體內(nèi)碳水化合物的產(chǎn)生，進(jìn)而導(dǎo)致高血糖。而Akh受體（AkhR）或ERK缺乏、過(guò)氧化物酶體的輸入相關(guān)ERK滯留或脂肪體內(nèi)過(guò)氧化物酶體失活足以緩解高糖飲食誘導(dǎo)的高血糖。該成果中拜譜生物為其提供蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)服務(wù)，助力發(fā)現(xiàn)Akh/胰高血糖素-過(guò)氧化物酶體-ERK軸是血糖控制的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，為糖尿病治療中靶向過(guò)氧化物酶體ERK提供了新的治療方向。

文章名稱(chēng)：Peroxisomal ERK mediates Akh/glucagon action and glycemic control（Cell Rep，IF=9.9，2023.10）

客戶(hù)單位：武漢大學(xué)

拜譜提供技術(shù)：蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)

摘要圖：

一、研究?jī)?nèi)容

研究人員在脂肪體中進(jìn)行了體內(nèi)RNAi篩選，確定了Akh反應(yīng)和血糖控制的生理調(diào)節(jié)因子，發(fā)現(xiàn)了脂肪體ERK對(duì)Akh誘導(dǎo)的高血糖至關(guān)重要。為了研究Akh如何調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)ERK易位，研究人員用合成Akh處理穩(wěn)定表達(dá)AkhR的S2R+細(xì)胞，并使用免疫印跡（圖1A和E）、免疫組化（圖1B）以及共聚焦（圖1C和D）發(fā)現(xiàn)Akh增加脂肪體內(nèi)過(guò)氧化物酶體ERK易位。為確認(rèn)Akh對(duì)細(xì)胞內(nèi)pERK易位的影響，使用LC-MS/MS對(duì)Akh處理后的細(xì)胞裂解物的進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)在99種先前建立的過(guò)氧化物酶體蛋白中，Akh顯著上調(diào)了11種蛋白質(zhì)，同時(shí)下調(diào)了2種蛋白質(zhì)，這表明ERK與這些過(guò)氧化物酶體蛋白之間的相互作用得到促進(jìn)（圖1E和F）。

圖1| Akh 促進(jìn) ERK 的過(guò)氧化物酶體易位(圖源：Jiaying Li, et al., Cell Rep., 2

接下來(lái)研究人員研究了過(guò)氧化物酶體ERK易位是否有助于A(yíng)kh的高血糖作用。過(guò)氧化物酶體是關(guān)鍵的細(xì)胞器，通過(guò)將循環(huán)氨基酸和脂肪酸轉(zhuǎn)化為糖異生的底物來(lái)介導(dǎo)血糖控制。研究人員利用代謝組學(xué)對(duì)果蠅幼蟲(chóng)中代謝物的變化進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)差異調(diào)節(jié)代謝物的富集分析表明，參與糖酵解、糖異生和氨基酸代謝以及嘌呤代謝等的代謝物高度富集（圖2A）。血淋巴中主要參與糖異生的氨基酸，如丙氨酸、苯丙氨酸、精氨酸和天冬氨酸被Akh顯著降低，表明它們被消耗。同時(shí)，糖異生的底物包括檸檬酸鹽、琥珀酸鹽、磷酸烯醇丙酮酸和葡萄糖，以及海藻糖6-P和海藻糖在血淋巴中均顯著增加（圖2B和C）。其中與Akh相關(guān)的糖異生氨基酸的減少和糖異生底物的增加均通過(guò)敲低ERK得到有效緩解。這些結(jié)果均表明Akh通過(guò)ERK信號(hào)促進(jìn)氨基酸向碳水化合物的過(guò)氧化物酶體轉(zhuǎn)化。隨后研究人員敲低了過(guò)氧化物酶體調(diào)節(jié)劑的表達(dá)研究Akh相關(guān)的過(guò)氧化物酶體碳水化合物代謝是否依賴(lài)于ERK，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在脂肪體內(nèi)使用獨(dú)立的RNAi敲低這些蛋白質(zhì)的表達(dá)會(huì)持續(xù)降低過(guò)氧化物酶體質(zhì)量并有效消除了Akh誘導(dǎo)的高血糖癥（圖2D和E），這表明ERK和過(guò)氧化物酶體功能在A(yíng)kh相關(guān)碳水化合物代謝中遺傳相互作用。

圖2| ERK 相關(guān)的過(guò)氧化物酶體活性有助于 Akh 作用(圖源：Jiaying Li, et al., Cell Re

研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化物酶體ERK是高熱量飲食誘發(fā)的高血糖癥所必需的，并且解析了Akh增加過(guò)氧化物酶體ERK易位的分子機(jī)制， Akh以CaMKII依賴(lài)性方式促進(jìn)過(guò)氧化物酶體ERK易位。為探究在果蠅中發(fā)現(xiàn)的過(guò)氧化物酶體ERK調(diào)節(jié)是否也有助于哺乳動(dòng)物胰高血糖素在肝臟中的作用，研究人員用不同劑量的胰高血糖素處理培養(yǎng)的原代小鼠肝細(xì)胞，對(duì)其進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化物酶體ERK和胰高血糖素反應(yīng)與高熱量飲食誘導(dǎo)的高血糖有關(guān)。最后研究人員通過(guò)比較了糖尿病和非糖尿病肥胖患者的肝臟，發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化物酶體ERK與肥胖小鼠和人類(lèi)的胰高血糖素反應(yīng)和高血糖高度相關(guān)。

二、拜譜生物小結(jié)

作者進(jìn)行了體內(nèi)RNAi篩選，以確定脂肪體內(nèi)的ERK是Akh誘導(dǎo)的過(guò)氧化物酶體，結(jié)合蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)解析了Akh/胰高血糖素-過(guò)氧化物酶體ERK軸在果蠅對(duì)人類(lèi)的血糖調(diào)控作用。首次發(fā)現(xiàn)了Akh通過(guò)Ca促進(jìn)ERK易位到過(guò)氧化物酶體Ca2+ /MKII信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，可增強(qiáng)碳水化合物的產(chǎn)生并引起高血糖。這一過(guò)程中 拜譜生物 提供了 蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)服務(wù)，拜譜生物已研發(fā)完成并建立了完善