小G蛋白SAR1B通过选择性运输脂蛋白在脂质代谢中的调节功能

Dyslipidemia is one of the major causes of cardiovascular diseases and diabetes, while lowering blood lipid levels provides beneficial effects in preventing and treating the above disorders. Furthermore, studies on lipid metabolism have illustrated fundamental mechanisms in gene expression, enzymatic activity, as well as feedback regulation as a whole. Meanwhile, lipid metabolism relies on the cellular secretory pathway for constant crosstalk and precise coordination among the various cell types in specialized tissues. However, how circulating lipids are transported into the bloodstream remain to be fully elucidated. We thus aim to understand the mechanisms dedicated for lipid transport into the circulation, as well as their contribution to energy homeostasis in vivo. In preliminary studies, we have found that lipid secretion appears to take place independent of protein secretion, and the former process specifically requires a small G protein named SAR1B. With a combination of animal models, novel imaging technologies, and molecular biology tools including the latest CRISPR technique, we propose to dissect the molecular mechanism by which SAR1B specifically regulates lipid transport, and to examine the potential in alleviating metabolic disorders via lipid lowering through SAR1B inhibition. Completing these studies will help advance our knowledge on the specialized process of lipid secretion, understand its contribution to metabolic homeostasis, as well as identify novel therapeutic means for metabolic diseases.

血脂代谢异常是当前心脑血管疾病和糖尿病高发的重要诱因之一，降低血脂也对上述代谢疾病具有良好的防治作用。对血脂代谢的研究也揭示了诸多基因表达及酶学活力等方面的生物学基本法则。同时，血脂代谢和细胞分泌紧密相关，但细胞分泌脂质进入血液循环的过程中存在众多未知。因此，我们将专注于研究脂质分泌这一独特过程的机理，及其对维持代谢平衡的贡献。在前期工作中，我们发现了脂质分泌可能独立于蛋白分泌而发生，并且发现脂质分泌进入血液特异的依赖小G蛋白SAR1B。以此为基础，本项目将综合使用动物模型、新颖的成像技术、以及包括CRISPR在内的分子生物学手段，深入研究SAR1B特异调节脂质分泌的机理，并且探索能否通过抑制SAR1B、降低血脂分泌来防治或缓解代谢疾病。本项目的实施将有助于阐明脂质分泌这一特殊过程，认识其对代谢平衡的贡献，为防治代谢疾病的提供新颖的方法。

摘要：.随着我国人民生活水平的提高，代谢疾病尤其是血脂代谢失衡引发的糖尿病和心脑血管疾病的发病率激增，严重威胁人群健康。因此，阐明血脂代谢机理，发现调控血脂的新颖基因，寻找下一代的降脂药物和疗法具有重大的医疗、社会效益，也切合我国“十二五”科技发展的战略规划。依托此前我在PCSK9分泌和血脂调控研究中的积累，开展了脂质载体分泌的研究，发现了一个名为SAR1B的基因在血脂调节中具有重要功能：小鼠的肝脏一旦缺失SAR1B基因，其血脂分泌会被大幅抑制，而血清中普通分泌蛋白的分泌完全没有受到SAR1B缺失的影响，提示了脂质分泌过程可能独立于蛋白分泌。.依托本项目基金支持，我们从分子、细胞、小鼠动物模型水平上系统研究并且阐明了SAR1B选择性地调节脂质载体运输的机理，发现了防止代谢疾病的潜在分子靶标。敲除SAR1B可完全防止动脉粥样硬化的发生。通过透射电镜和扫描电镜对相关基因型小鼠肝脏成像，结合tomography技术，建立了在纳米尺度进行3D定量化分析的方法，该方法可广泛应用于我们后续研究的超微观结构量化分析。.另外，应用proximity-dependent biotinylation labeling（SAR1B-BirA*）标记技术，我们捕捉到了LMAN1/ERGIC53可能作为特异性的极低密度脂蛋白cargo receptor，在VLDL由粗面内质网向高尔基体转运的过程中，起着关键的选择性筛选调控作用，其密切相关的蛋白复合物组成成分和相互作用方式、调控方式、结构变化等都是值得深入研究的新课题。.本项目拟定的内容都已完成，不仅明确回答了提出的科学问题，培养锻炼了一个研究团队，已经发表科技论文（SCI收录）4篇：PNAS两篇（2018, 2019），EMBO J（2019），SCIENCE CHINA Life Sciences (2019))，而且提出了新的科学问题和研究方向。