肥胖是誘發胰島素抵抗及T2D的主要因素。肥胖患者肝臟脂質蓄積，體內糖脂代謝紊亂，使肝臟葡萄糖生成（HGP）異常增多，血糖升高。有研究表明，在蓄積的脂質中甘油二酯（DAGs）作為信號分子是導致肝臟及全身胰島素抵抗的關鍵因素。sn-1,2-DAG是其唯一活性構型，可激活PKCε蛋白，并促進PKCε由細胞質轉移至細胞膜上，使胰島素受體激酶（IRK）上的關鍵氨基酸，蘇氨酸T1160磷酸化，從而破壞IRK環的穩定性，降低胰島素依賴的PI3K活性。這種失活導致蛋白酶1（PDK1）依賴的AKT活性下降，并通過調節糖原合酶激酶3（GSK3）及其底物糖原合酶（GS）抑制肝臟糖原合成。此外，AKT的失活會抑制FOXO1的磷酸化并促進其核轉位，從而增加下游靶基因的表達，促進肝糖異生。因此，抑制sn-1,2-DAG-PKCε信號軸是治療肥胖型胰島素抵抗的有效策略。
2022年12月16日，Cell Metabolism刊登了中國藥科大學天然藥物活性組分與藥效國家重點實驗室李萍/楊華/鄭祖國團隊的題為“Discovery of a potent allosteric activator of DGKQ that ameliorates obesity-induced insulin resistance via the sn-1,2-DAG-PKCε signaling axis”的最新研究成果。
該研究利用高內涵篩選結合液質聯用技術，篩選出中藥活性成分白術內酯II（AT II）可降低肝臟sn-1,2-DAG水平，抑制PKCε活性，改善肥胖型胰島素抵抗，并發現AT II的作用靶蛋白為DGKQ，深入的機制研究發現AT II別構激活DGKQ，且這一效應具有物種保守性。李萍教授、楊華教授、鄭祖國副研究員為通訊作者，鄭祖國副研究員、博士生徐殷越為共同第一作者。
sn-1,2-DAG是肥胖誘發胰島素抵抗的代謝信號分子，但目前還沒有針對sn-1,2-DAG開發藥物用于治療胰島素抵抗。本研究首先利用高內涵技術建立PKCε抑制劑的高通量篩選體系，進一步利用UPLC-TOF MS技術篩選可下調sn-1,2-DAG的活性成分，結果發現白術內酯II（AT II）可下調sn-1,2-DAG水平，抑制PKCε的活性。
為了進一步確證AT II藥效作用，首先在細胞水平考察了AT II改善胰島素抵抗的效應，結果顯示AT II可濃度依賴地抑制sn-1,2-DAG-PKCε信號軸，從而改善胰島素信號通路，抑制肝臟糖異生、促進肝糖原合成。接著利用長期高脂飲食（24周）、短期高脂飲食（1, 2, 4, 6周）和ob/ob小鼠誘導肥胖胰島素抵抗模型，同樣也顯示AT II均可改善上述疾病模型下的肥胖型胰島素抵抗。綜合利用多種基因操控和藥理學手段，在細胞水平和動物水平均驗證AT II改善肥胖型胰島素抵抗是依賴于肝臟sn-1,2-DAG-PKCε信號軸。
AT II到底是如何通過sn-1,2-DAG-PKCε信號軸發揮改善胰島素抵抗作用，其作用靶點是什么？研究人員合成了保留AT II原活性的探針（A6），利用化學蛋白質組學、MST、SPR、CETSA、DARTs、非放射性酶活檢測等方法，確定AT II可特異性激活二酰甘油激酶θ（DGKQ）。進一步通過DGKQ抑制劑R59022以及DGKQ KO細胞，在細胞水平上證明了AT II通過激活DGKQ，從而抑制sn-1,2-DAG-PKCε信號軸，發揮改善胰島素抵抗作用；通過建立肝臟特異性Dgkq敲降小鼠，在動物水平驗證了AT II改善肥胖型胰島素抵抗完全依賴于肝臟DGKQ。
最后為了深入探究AT II激活DGKQ的作用機制，構建了DGKQ不同結構域的重組蛋白，通過A6探針進行pull down實驗，發現AT II可與DGKQ的CRD和PH結構域結合。通過同源建模、位點突變等，發現CRD結構域中的S193、C204和S241三個氨基酸位點在AT II和DGKQ的結合中起著決定性作用，而PH結構域中的A496、P497和H498三個氨基酸則可能是有助于AT II進入藥物結合口袋。
該研究不僅揭示了ATII改善肥胖型胰島素抵抗的作用靶標與作用機制，而且為肥胖型胰島素抵抗的藥物研發策略提供了借鑒。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.11.012
（供稿單位：中藥學院，撰寫人：蕭海濤，審稿人：黃欣、鄭詩翌）
