发布时间：2020年9月3日

题目：A Cell-Autonomous Signature of Dysregulated Protein Phosphorylation Underlies Muscle Insulin Resistance in Type 2 Diabetes（细胞蛋白磷酸化水平的失调可揭示2型糖尿病的肌肉胰岛素抵抗）

期刊：Cell Metabolism

影响因子：21.567

作者及单位：美国哈佛医学院以及丹麦、瑞典等多国科学家

主要结论：磷酸化组学检测展示了T2D iMyos中的多维度信号缺陷网络，为T2D细胞机制研究提供了新维度。

二型糖尿病 (type 2 diabetes, T2D) 是一种与遗传因素和环境因素均密切相关的复杂代谢性疾病，而胰岛素抵抗是其最重要的病理生理学特征之一。胰岛素抵抗通常指胰岛素受体或受体后缺陷导致的机体循环中生理量胰岛素不能发挥正常作用的现象。已有大量证据表明，T2D患者的后代（其中最终发展为T2D的人群）会在确诊为T2D之前很多年就存在胰岛素抵抗的现象，这更加说明胰岛素抵抗对于疾病发生发展的重要性。

胰岛素抵抗可以发生在机体的神经、心脏、血管、脂肪、肝脏及肌肉等多个器官，而骨骼肌是最先发生胰岛素抵抗的部位。尽管大家意识到骨骼肌胰岛素抵抗在T2D发展中的重要作用，但是目前对于其深层分子机制的了解仍不清晰，我们仍然无法判断它是细胞自主性信号缺陷的结果，抑或是多器官密切交叉所导致的系统性变化。磷酸化修饰在胰岛素分泌等糖尿病相关研究内容中已经得到了大量关注，但是其骨骼肌胰岛素抵抗中是否发挥作用仍然缺乏全面深入的探讨。

诱导多能干细胞（iPSCs）拥有与胚胎干细胞一样的发育全能性，能分化成任何一种细胞，已经因其特殊性被应用到了诸多人类疾病的研究中，例如帕金森、先天性耳聋、肾脏疾病、眼系疾病等。作者此前已经通过特殊技术成功构建了具有胰岛素抵抗特征的iPSC细胞系，甚至由iPSC转化的骨骼肌成肌细胞系iMyos。这些材料的获得为深入研究胰岛素抵抗机制问题提供了便利，并排除了在机体中复杂环境所带来的其他干扰。

近日，来自美国哈佛医学院以及丹麦、瑞典等多国科学家联合在著名学术期刊Cell Metabolism（IF=21.567）上发表论文, 通过磷酸化修饰组学对二型糖尿病患者的骨骼肌胰岛素抵抗问题进行探讨。作者除了发现诱导培养的T2D iMyos表现出了与人类疾病相似的多种缺陷以外，还通过磷酸化组学检测展示了T2D iMyos中的一个多维度的信号缺陷网络。

文献速读

1、T2D来源的iMyos表现出胰岛素抗性

作者分别用葡萄糖耐受健康人和二型糖尿病患者来源的iPSCs诱导转化为骨骼肌成肌细胞iMyos（各包括8个独立个体来源的样本）开展实验（样本策略）。通过一系列检测，作者发现T2D来源iMyos表现出与临床患者相似的生理缺陷现象，比如胰岛素信号通路受损、葡萄糖摄取减少以及线粒体呼吸受损等（图 1），充分证明了iMyos能够模拟真实T2D患者骨骼肌代谢特色。

图1 T2D来源iMyos映射出与患者相同的代谢特色

2、磷酸化组学揭示T2D来源iMyos中关键信号通路失调现象

为了从分子层面更全面深入的了解T2D患者胰岛素抗性的信号缺陷等问题，作者对共16组iMyos样本（8v8）分别进行了胰岛素刺激/不刺激之后的磷酸化组学检测（质谱策略）。所有样本中共定量到29,000多个磷酸化位点，其中1,172个位点出现显著的表达差异，且聚集为四个主要的由糖尿病以及胰岛素刺激形成的反应组别（图 2）。在胰岛素反应类别中，共有125个磷酸化位点在刺激后发生表达量上调，其中包含了一些知名的参与到胰岛素信号通路的激酶，比如AKT、mTOR等。而糖尿病并没有引起整个胰岛素反应网络的破坏，而是特异性的影响到某些上游（IRS1, IRS2）和下游（AKT， mTOR）信号通路部分。

图2 磷酸化组学揭示T2D来源iMyos关键信号通路失调现象

3、磷酸化对T2D来源iMyos关键细胞功能的干扰

通过对磷酸化组学数据的分析，作者不仅发现磷酸化对糖尿病相关重要信号通路的影响，还发现其在一些关键细胞功能中的重要参与作用。相对于对照组，T2D来源iMyos中分别有361和371个位点表现出磷酸化水平显著下调和上调。下调蛋白主要集中于mRNA剪切、囊泡运输、基因转录等生物学过程中，包括一些关键剪切体SF3B2等均发生磷酸化水平下调。而上调蛋白主要富集到信号转导、染色质重塑等过程中，包含一些知名的酰基转移酶KAT7、HDAC1和甲基转移酶SETD1A均发生修饰水平上调（图 3）。

图3 磷酸化对T2D来源的iMyos关键细胞功能的干扰

综上所述，磷酸化在T2D中的参与体现在精准性与基础性两个方面。一方面对胰岛素相关信号通路进行精准调控，一方面对细胞基础生物学过程如mRNA代谢和剪切、染色质重塑、囊泡运输等进行调控（图 4）。

图4 磷酸化对T2D的全面调控

小结与展望

本文基于高分辨质谱的磷酸化修饰组学探讨了二型糖尿病患者的骨骼肌胰岛素抵抗问题。研究发现诱导培养的T2D iMyos映射出与人类疾病相似的多种缺陷外，包括胰岛素信号的转变、胰岛素刺激导致的葡萄糖摄取减少以及线粒体氧化降低等。更加令人瞩目的是，该研究展示出了T2D iMyos中的一个多维度的信号缺陷网络。这个复杂网络不仅包括了传统认知的典型胰岛素信号级联问题，还意外展现出了Rho-GTPase调节、mRNA剪接和处理、囊泡运输、基因转录和染色质重塑等过程。这种细胞自主性的蛋白质磷酸化网络失调现象为研究T2D深层细胞机制问题打开了一个新的维度。

参考文献：

1，Thiago M. Batista et al., 2020, A Cell-Autonomous Signature ofDysregulated Protein Phosphorylation Underlies Muscle Insulin Resistance inType 2 Diabetes, Cell Metabolism.

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