重塑“未折叠蛋白反应（UPR）”可改善肥胖相关的葡萄糖稳态

撰文 | Qi

内质网（ER）应激增加会促进肥胖和II型糖尿病的进展，而解决ER应激可以在体内外直接改善葡萄糖耐量和胰岛素信号传导。细胞中一种被称为“未折叠蛋白反应（UPR）”的信号通常被启动来应对ER应激，但UPR的慢性持续激活会对细胞产生不利影响，比如阻断胰岛素和瘦素受体信号传导以及启动凋亡信号等。ER应激的其中一个关键传感器和介质是IRE1，它执行激酶以及核糖核酸内切酶活性，有助于剪接形式的高活性转录因子XBP1s的产生，已有研究报道恢复肝脏中XBP1s的表达及其随后向细胞核的易位可降低ER应激并改善肥胖和糖尿病小鼠模型的葡萄糖耐量和胰岛素敏感性【1-3】，但具体的调节机制仍不清楚。

2022年7月5日，来自哈佛医学院的Umut Ozcan团队在Cell Metabolism杂志上发表了一篇题为FKBP11 rewires UPR signaling to promote glucose homeostasis in type 2 diabetes and obesity的文章，他们发现由XBP1转录调节的FK506结合蛋白11（FKBP11）水平在肥胖小鼠的肝脏中严重降低，而恢复FKBP11表达则能启动一种非典型UPR信号通路，能在不改变肝脏ER应激、食物消耗或体重的情况下建立葡萄糖稳态。这些发现可能会为开发治疗以ER应激为特征疾病的新方法开辟新途径。

为了鉴定肥胖小鼠肝脏中XBP1s调节的基因，作者对表达XBP1s和LacZ ob/ob小鼠（即瘦素基因纯和突变的肥胖小鼠）肝脏mRNA数据进行微阵列分析【4】，并将目标锁定在FKBP11。由于肥胖小鼠的肝脏XBP1s核易位存在严重缺陷【5】，作者通过对比发现，与瘦鼠相比，ob/ob小鼠和高脂饮食诱导的DIO小鼠中Fkbp11的表达水平显着降低。为了验证这两者的相关性，作者比较野生型XBP1s和XBP1s-DDBD（可以核易位但不能与启动子相结合）对ob/ob小鼠肝脏中FKBP11 mRNA和蛋白表达的影响，结果显示XBP1s能显着增加FKBP11水平，而这种效应在XBP1s-DDBD过表达组中完全消除。进一步的，作者用ER应激诱导剂处理肝细胞，不仅引起XBP1s表达增强，同时ChIP结果表明XBP1s可以和FKBP11启动子直接结合。因此，作者假设FKBP11可能可以介导XBP1s的作用并参与调节ER应激和葡萄糖稳态。

为了证明这一假设，作者通过尾静脉注射腺病毒的方式在ob/ob小鼠中分别过表达FKBP11或LacZ。在不影响食物摄入量和体重的前提下，FKBP11的过表达能引起进食和空腹血糖水平显着降低，且该组在丙酮酸耐受试验、抗脂肪生成特性（参与肝从头脂肪生成的基因显著降低）等方面也有优异表现，说明在ob/ob小鼠中恢复肝FKBP11表达可重建葡萄糖稳态，同时，在DIO小鼠中也能得到几乎一致的结果。

那么在FKBP11表达引起上述改变的机制是什么呢？通过对肝脏转录组进行分析，作者发现在过表达FKBP11的ob/ob和DIO小鼠肝脏中PERK的直接底物NRF2水平显著升高。与此同时，作者发现作为PERK-eIF2α活性输出的ATF4蛋白水平显著降低。也就是说，如果过表达NRF2应该可以直接改善葡萄糖稳态。于是，作者再次通过测定进食和空腹血糖水平、糖耐量测试以及对脂肪生成基因表达检测，并通过shRNA敲除NRF2确认了这一猜想。

当然，上述结论的建立都是基于肥胖小鼠模型，作者发现如果在瘦小鼠中注射FKBP11并不会引起葡萄糖稳态的一系列指标发生改变，说明在肥胖症中观察到的慢性ER应激可能是FKBP11影响UPR信号传导和葡萄糖稳态的先决条件。那么FKBP11如何将ER应激由PERK-eIF2α轴布线至PERK-NRF2轴呢？研究表明FKBP11是一种PPIase，可通过特定脯氨酸残基 N 端侧肽键的顺反异构化来修饰蛋白质结构，其潜在底物motif被报道为Gly-Pro-X【6】，有趣的是PERK恰好具有这一motif。作者首先证明了FKBP11和PERK可以发生结合作用，随后为了确认FKBP11是否会改变PERK的反式或顺式形式，利用cis-PERK特异性抗体进行检测，结果发现与瘦小鼠相比，ob/ob小鼠肝脏中的cis-PERK水平显着降低，但FKBP11在ob/ob小鼠肝脏中的重新表达并没有改变cis-PERK的水平，因而暂时无法将cis或trans PERK丰度的改变作为对NRF2的PERK活性增加的解释。

总之，这项工作表明XBP1s 转录调节的FKBP11能够将UPR信号从PERK-eIF2α导向至PERK-NRF2途径以促进葡萄糖稳态，同时将有害的慢性ER应激转变为有利于生物体的信号（NRF2的抗氧化功能），未来可以利用这一发现来强化它的治疗益处。

https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.06.007

制版人：十一

参考文献

1. Calfon, M., Zeng, H., Urano, F., Till, J.H., Hubbard, S.R., Harding, H.P., Clark, S.G., and Ron, D. (2002). IRE1 couples endoplasmic reticulum load to secretory capacity by processing the XBP-1 mRNA.Nature415, 92–96.

2. Herrema, H., Zhou, Y., Zhang, D., Lee, J., Salazar Hernandez, M.A., Shulman, G.I., and Ozcan, U. (2016). XBP1s is an anti-lipogenic protein.J. Biol. Chem.291, 17394–17404.

3. Lee, J., Sun, C., Zhou, Y., Lee, J., Gokalp, D., Herrema, H., Park, S.W., Davis, R.J., and Ozcan, U. (2011). p38 MAPK-mediated regulation of Xbp1s is crucial for glucose homeostasis.Nat. Med. 17, 1251–1260.

4. Liu, J., Lee, J., Salazar Hernandez, M.A., Mazitschek, R., and Ozcan, U. (2015). Treatment of obesity with celastrol.Cell161, 999–1011.

5. Park, S.W., Zhou, Y., Lee, J., Lu, A., Sun, C., Chung, J., Ueki, K., and Ozcan, U. (2010b). The regulatory subunits of PI3K, p85a and p85b, interact with XBP-1 and increase its nuclear translocation.Nat. Med.16, 429–437.

6. Nath, P.R., and Isakov, N. (2015). Insights into peptidyl-prolyl cis-trans isomerase structure and function in immunocytes.Immunol. Lett.163, 120–131.

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