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Vita:颠覆认知!中国科学家发现全新细胞糖感应通路,靶向该通路药物降糖效果或十倍于二甲双胍

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在生物医学领域,AMP活化蛋白激酶(AMPK)被公认为细胞内维持能量平衡的“能量监视器”与“总开关”。作为治疗2型糖尿病的一线药物,二甲双胍的一大核心机制便是通过激活AMPK来改善全身代谢。

近年来,科学家们发现了一条“溶酶体途径”,即通过糖酵解中间代谢物1,6-二磷酸果糖(FBP)与醛缩酶ALDOA的结合,间接调节上游激酶LKB1复合物向溶酶体的招募,从而调控AMPK。

近期,Vita发表了来自中国科学院分子细胞科学卓越创新中心高大明/上海交通大学药学院张翱团队的论文,研究者们首次颠覆性地证实,LKB1本身就是一个直接的“糖代谢产物感应器”,它通过直接结合并感应糖酵解下游的三碳代谢物来负调控AMPK活性,揭示了一条全新的、溶酶体非依赖性的细胞糖感应机制。



研究团队首先通过定量磷酸化蛋白质组学分析发现,糖代谢途径中磷酸甘油酸激酶1(PGK1)与AMPK的激活关系密切,在高糖条件下,PGK1的缺失能显著上调p-AMPK水平。

分析发现,敲低PGK1后,细胞内FBP含量不降反升,但其下游的三碳代谢产物,3-磷酸甘油酸(3PG)、2-磷酸甘油酸(2PG)和丙酮酸(PYR)显著减少,细胞内AMP/ATP或ADP/ATP的比值并无明显改变。

阻断细胞内的传统溶酶体定位途径后,外源回补3PG或敲低PGK1,依然能够极其显著地调节AMPK的磷酸化水平,而FBP在这些细胞中则完全失去了抑制作用。很显然,细胞中存在一条不依赖溶酶体的AMPK调节途径。

使用高度纯化的LKB1/STRADα/MO25α复合物进行体外激酶实验,结果证实3PG、2PG和PYR能直接且呈剂量依赖性地强烈抑制LKB1对重组His-AMPKα1(Thr172位点)的磷酸化作用,其抑制常数(Ki)分别为14.70 μM、22.92 μM和11.50 μM。

这证明了三碳代谢产物能够直接作用于LKB1,抑制其激活AMPK的能力。

分析发现,在LKB1激酶表面存在一个高度保守的带正电荷的特定区域,LKB1外部的K83和R87残基充当向导捕获并引导这些带有负电荷的三碳代谢物,使它们深入由K62、K64、K81、K124等残基组成的相对内部的结合口袋。

这一结合直接导致LKB1的活化环(activation loop)发生构象变构偏转,阻碍了LKB1对ATP的结合,从而在不破坏复合物完整性的前提下,将其激酶活性“关闭”。

研究者构建了LKB1突变体杂合子小鼠,它们在接受长达10周的高脂饮食挑战后,体重增加却明显较对照组缓慢,体内脂肪含量大幅低于野生型小鼠。

突变小鼠展现出显著改善的糖代谢稳态,在高脂饮食后仍保持着高度的胰岛素敏感性、血清胰岛素水平更低。突变小鼠的肝脏和血清甘油三酯水平也较低,肝脏几乎没有脂肪沉积。

代谢分析实验表明,突变小鼠在摄食量不增加的情况下,其耗氧量、产热量以及呼吸交换比(RER)显著增加,说明全身能量消耗处于高活性代谢状态。

研究者设计并合成了一种新型、高活性的PGK1小分子酶抑制剂——MCB-330。MCB-330对野生型PGK1表现出极高的体外抑制效能(IC50为50.8 nM),且对具有潜在心脏毒性风险的hERG通道抑制作用极弱,安全性良好。

研究团队在肥胖、糖尿病经典动物模型ob/ob小鼠中,将MCB-330(10 mg/kg/day)与经典的糖尿病药物二甲双胍(100 mg/kg/day)进行了长达14天的头对头比较。结果显示,口服MCB-330不仅取得了与十倍剂量二甲双胍相当的降血糖、降血清胰岛素、降低甘油三酯和改善糖耐量的疗效,还表现出极其显著的改善肝脏脂肪变性的作用。

本研究将LKB1这一经典的肿瘤抑制和代谢调控激酶,重新定义为了能够直接、敏感地感知微观葡萄糖代谢物流动的“直接感应器”,开辟了靶向PGK1以及阻断“代谢物-LKB1”负反馈通路来治疗肥胖、脂肪肝以及2型糖尿病等代谢性疾病的全新思路。

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参考资料:

[1]Wang, Kaihua, et al. "LKB1 Directly Senses Glycolytic Metabolites to Control AMPK Activity." Vita, 2026. https://doi.org/10.15302/vita.2026.07.0056.


本文作者丨代丝雨

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