超重或肥胖的人患糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，2型糖尿?。═2D）的高血糖是由β細(xì)胞功能障礙引起的，通常是在胰島素抵抗的情況下發(fā)生的，但是目前尚不清楚胰島素分泌的增加是否會(huì)導(dǎo)致β細(xì)胞衰竭或促進(jìn)糖尿病進(jìn)程。營養(yǎng)過剩導(dǎo)致組織脂質(zhì)堆積在T2D中很常見，而脂肪酸棕櫚酸酯水平的升高與高胰島素血癥和β細(xì)胞功能障礙有關(guān)。

2023年1月6日，武漢輕工大學(xué)董桂芳教授與美國華盛頓大學(xué)Clay F. Semenkovich教授合作，在Cell Metabolism上發(fā)表了題為“Palmitoylation couples insulin hypersecretion with β cell failure in diabetes”的文章。該研究發(fā)現(xiàn)人體組織胰島素的過量生產(chǎn)與棕櫚?；^程相關(guān)，并且這種棕櫚?；饔每杀货；鞍琢蝓ッ?（APT1）逆轉(zhuǎn)。通過棕櫚?；揎椀鞍捉M發(fā)現(xiàn)，Scamp1是定位于胰島素分泌顆粒的APT1底物，被敲低后會(huì)引起胰島素分泌過多，促進(jìn)β細(xì)胞衰竭，提示棕櫚?；瘏⑴c糖尿病的發(fā)病過程。該研究不僅有助于理解糖尿病發(fā)病機(jī)制，同時(shí)為高風(fēng)險(xiǎn)人群提供了預(yù)防或延緩糖尿病的潛在靶點(diǎn)。

英文標(biāo)題：Palmitoylation couples insulin hypersecretion with β cell failure in diabetes

中文標(biāo)題：棕櫚酰化連接糖尿病患者的胰島素過度分泌和β細(xì)胞衰竭

期刊：Cell Metabolism

影響因子：IF=31.373

發(fā)表時(shí)間：2023年1月6日

研究材料：人/小鼠胰島細(xì)胞、組織

組學(xué)技術(shù)：棕櫚?；揎椀鞍捉M

主要研究結(jié)果

1.APT1表達(dá)、活性變化及對(duì)胰島素分泌的影響

通過糖尿病患者和非糖尿病患者的比較，研究發(fā)現(xiàn)糖尿病患者中的APT1 mRNA升高（圖1 A）。APT1酶活性的結(jié)果顯示，高糖降低了三個(gè)不同的非糖尿病患者供體胰島的去棕櫚?；钚?，糖尿病患者β細(xì)胞APT1酶活性降低（圖1 B-C）。通過對(duì)APT1 KD小鼠的研究，發(fā)現(xiàn)APT1的下降會(huì)引起葡萄糖刺激的胰島素分泌升高（圖1 G-H）。

圖1 人胰島APT1表達(dá)、酶活性及APT1缺陷對(duì)胰島素分泌的影響

（圖片再編輯，源自：Dong G, et al., Cell Metab, 2023）

進(jìn)一步通過對(duì)APT1 KO小鼠的研究，發(fā)現(xiàn)16.7 mM葡萄糖刺激時(shí)，胰島素分泌增加（圖2 A）；動(dòng)態(tài)葡萄糖刺激實(shí)驗(yàn)顯示，敲除組胰島素雙相釋放增加（2 B、C）。

圖2 APT1缺陷小鼠分離的胰島可增加葡萄糖刺激的胰島素分泌

（圖片再編輯，源自：Dong G, et al., Cell Metab, 2023）

2.Scamp1是APT1的底物，棕櫚?；毕萃蛔凅wScamp1的表達(dá)可挽救APT1缺陷引起的胰島素高分泌和營養(yǎng)誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡

棕櫚酰化通過許多參與胰島素分泌的蛋白介導(dǎo)神經(jīng)元突觸囊泡融合，APT1會(huì)影響神經(jīng)元疾病模型中的功能和細(xì)胞內(nèi)運(yùn)輸，為深入探究APT1及其底物相互作用關(guān)系，研究人員進(jìn)行了棕櫚?；揎椀鞍捉M研究。結(jié)果顯示，從對(duì)照組和APT1 KO組胰島中檢測(cè)到390個(gè)棕櫚酰化蛋白（圖3 A）。RAC測(cè)定顯示，與對(duì)照細(xì)胞相比，APT1 KD細(xì)胞中Scamp1棕櫚?；黾樱▓D3 B-C）。當(dāng)Scamp1被敲除時(shí)，葡萄糖依賴性胰島素分泌增加（圖3 D-E）。進(jìn)一步分析表明，Scamp1的半胱氨酸殘基上會(huì)發(fā)生突變，與野生型Scamp1相比，C132S突變體的棕櫚酰化修飾減少（圖3 G-H）。

圖3 Scamp1是APT1的底物

（圖源：Dong G, et al., Cell Metab, 2023）

深入研究發(fā)現(xiàn)，C132S Scamp1可以阻止APT1缺乏引起的胰島素高分泌（圖4 B）。葡萄糖和棕櫚酸酯聯(lián)合作用24h后，APT1 KD細(xì)胞的凋亡率顯著增加，C132S Scamp1可挽救APT1 KD細(xì)胞的凋亡（圖4 C-E），表明APT1活性改變Scamp1棕櫚?；揎椀臓顟B(tài)與營養(yǎng)誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡有關(guān)。

圖4 C132S可挽救APT1缺陷細(xì)胞中胰島素分泌過多和營養(yǎng)誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡

（圖源：Dong G, et al., Cell Metab, 2023）

3.胰島特異性APT1基因敲除小鼠和APT1全敲db/db小鼠表現(xiàn)出更多的β細(xì)胞衰竭

為了確定T2D中β細(xì)胞衰竭的表型，對(duì)胰島特異性APT1基因敲除小鼠和APT1全敲db/db小鼠進(jìn)行研究。高脂飲食12周后，比較胰島特異性APT1基因敲除小鼠和對(duì)照組小鼠，結(jié)果顯示敲除組出現(xiàn)糖耐量受損的現(xiàn)象，這與給糖后15分鐘胰島素分泌和C-肽降低有關(guān)；并且出現(xiàn)β細(xì)胞面積下降（圖 5）。

圖5 胰島特異性APT1缺乏可促進(jìn)高脂飲食誘導(dǎo)的小鼠β細(xì)胞衰竭

（圖源：Dong G, et al., Cell Metab, 2023）

對(duì)APT1缺陷的db/db小鼠進(jìn)行研究，結(jié)果表明，APT1 KO組的糖耐量受損，并且胰島素和C-肽的分泌減少（圖6 A-I）；β細(xì)胞面積顯著減少，并出現(xiàn)明顯的葡萄糖不耐受（圖6 J-M）。比較有無Lypla1（編碼APT1的基因）的小鼠，發(fā)現(xiàn)db/db小鼠胰島中的Scamp1棕櫚?；潭雀哂趯?duì)照db/+小鼠（圖6 N），表明db/db小鼠的β細(xì)胞衰竭可能與清除Scamp1中棕櫚酸鹽的功能受損有關(guān)。

圖6 APT1缺乏可促進(jìn)db/db小鼠的β細(xì)胞功能衰竭

（圖源：Dong G, et al., Cell Metab, 2023）

小結(jié)

綜上所述，該研究表明，APT1在人類胰島中受到調(diào)節(jié)，APT1缺乏會(huì)導(dǎo)致胰島素高分泌進(jìn)而導(dǎo)致β細(xì)胞衰竭，其底物是Scamp1，棕櫚酰化缺陷突變體Scamp1的表達(dá)可挽救APT1缺乏引起的胰島素高分泌和營養(yǎng)誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，提示棕櫚?；瘏⑴c了糖尿病的發(fā)病機(jī)制。該研究模擬了某些形式的人類2型糖尿病的發(fā)病機(jī)制，為高風(fēng)險(xiǎn)人群提供了預(yù)防或延緩糖尿病的潛在靶點(diǎn)。

APT1影響胰島素分泌

（圖源：Dong G, et al., Cell Metab, 2023）

拜譜小結(jié)

棕櫚酰化是重要的脂質(zhì)化修飾形式，一般發(fā)生在半胱氨酸殘基上。棕櫚?；揎椬钪匾墓δ苁窃鰪?qiáng)可通行蛋白與膜的親和性，從而調(diào)控蛋白質(zhì)的定位與功能。拜譜生物獨(dú)家組學(xué)技術(shù)，不僅可以對(duì)半胱氨酸殘基上的棕櫚酰化修飾進(jìn)行測(cè)定，還可以測(cè)定半胱氨酸殘基上的亞硝基化、氧化還原修飾，優(yōu)化修飾肽段富集流程，修飾位點(diǎn)鑒定數(shù)目大幅度提升，低豐度修飾位點(diǎn)定量準(zhǔn)確，助力病理機(jī)制、治療靶點(diǎn)等研究。

參考文獻(xiàn)：Dong G, Adak S, Spyropoulos G, et al. Palmitoylation couples insulin hypersecretion with β cell failure in diabetes [published online ahead of print, 2023 Jan 6]. Cell Metab. 2023; S1550-4131(22)00549-6. doi:10.1016/j.cmet.2022.12.012.