终末糖基化产物（AGEs）诱导的线粒体应激在肝脏胰岛素抵抗中的作用机制研究

Diabetes is a chronic disease with high morbidity and mortality. The exact pathogenesis of diabetes is still unclear, which makes the situation of its early intervention severe. Insulin resistance (IR) is a basic characteristic of early stage of diabetes and closely related to the accumulation of advanced glycation end products (AGEs). Mitochondrial stress is an important mechanism contributing to hepatic IR and CypD is the key regulator of mitochondrial stress. Our preliminary studies found that AGEs could induce hepatic mitochondrial stress and increased expression of CypD-mediated mitochondrial stress played an important role in hepatic IR. Therefore, we propose that AGEs can trigger mitochondrial stress and energy metabolism dysfunction via CypD upregulation, ultimately resulting in hepatic IR. Given that, following the concept of translational medicine, the specific mechanism of AGEs-induced hepatic mitochondrial stress and IR will be measured using the research methods in vivo (liver-specific gene knockout mouse model, etc.) and in vitro (CRISPR/Cas9 specific gene knock out, etc.). We will elucidate the function of CypD and the PI3K/Akt/GSK3β pathway in AGEs triggered hepatic IR to provide a theoretical basis for early prevention and targeted therapy of diabetes.

糖尿病是患病率、致残致死率高的慢性病，其发病机制尚未完全阐明，早防早控形势严峻。胰岛素抵抗（IR）是糖尿病早期的基本特征，并与终末糖基化产物（AGEs）蓄积密切相关。肝脏IR的重要机制是线粒体应激，CypD是其关键调节分子。申请人前期研究证实AGEs可加重肝细胞线粒体应激，也发现CypD表达增加引起的线粒体应激在肝脏IR中具有重要作用，并推测AGEs通过上调CypD诱导肝脏线粒体应激、能量代谢障碍从而引发肝脏IR。本项目遵循转化医学理念，围绕高AGEs水平对动物各脏器特别是肝脏IR的作用，采用体内（肝脏特异性基因敲除等小鼠模型）和体外（CRISPR/Cas9特异性基因敲除等模型）相结合的方法，研究AGEs对肝线粒体应激及能量代谢的影响，阐明关键调节分子CypD及胰岛素信号通路PI3K/Akt/GSK3β在AGEs蓄积引发肝脏IR中的作用，为糖尿病的早期干预和寻找临床治疗新靶点提供理论依据。

糖尿病是患病率、致残致死率高的慢性病，其发病机制尚未完全阐明，早防早控形势严峻。胰岛素抵抗是糖尿病早期的基本特征，与终末糖基化产物（AGEs）蓄积密切相关。肝脏胰岛素抵抗的重要机制是线粒体应激，CypD是其关键调节分子。基于项目组前期流行病学及基础研究结果，项目负责人创新性提出AGEs通过上调CypD的表达，诱导肝脏线粒体应激、能量代谢障碍，导致胰岛素信号传导异常，从而引发肝脏胰岛素抵抗的科学假说。本项目遵循了转化医学理念，基于临床中发现的机体AGEs蓄积可能是糖尿病发病“原因”这一问题，围绕肝脏胰岛素抵抗的发病机制和干预进行了一系列原创性研究：1.阐明了线粒体应激诱导肝脏胰岛素抵抗在糖尿病中的作用，发现AGEs通过诱导CypD表达增加、线粒体应激，进一步扰乱GSK3β胰岛素信号通路，加重肝脏胰岛素抵抗的具体分子机制，为肝脏糖脂代谢紊乱的早期干预提供新方向，为糖尿病的治疗提供新的依据。2.发现了胰岛素抵抗相关LncRNA-AK044604通过Sirtuins蛋白家族，调控CypD乙酰化，导致肝脏线粒体应激的具体分子通路，并揭示了其在肝脏氧化损伤、能量代谢障碍中的作用。此项研究是对项目负责人“线粒体应激调控肝脏胰岛素抵抗”理论体系的补充，是对激素与靶器官之间作用传统理论的创新，为肝脏糖脂代谢紊乱的防治提供新的依据。3.发现了脂肪干细胞通过改善线粒体应激来调控胰岛素抵抗，抑制炎性小体NLRP3的功能，进而修复肝脏损伤、减轻炎症的机制，证明输注富含细胞因子的干细胞培养上清液或为改善糖尿病肝脏病变的新方法，对延缓糖尿病患者肝脏损伤的进展有指导意义。4.证实了大蒜素可缓解胰岛素抵抗，抑制肝脏线粒体应激、脂质过氧化损伤，其机制与抑制糖基化过程、下调肝脏AGEs受体RAGE表达有关。项目组通过此项研究阐释了天然抗菌剂缓解肝脏胰岛素抵抗、治疗糖尿病肝脏病变的具体分子机制和优势。以上相关成果以SCI文章的形式呈现，项目负责人以第一或通讯作者发表文章5篇，累计影响因子30余分。本项目以线粒体为切入点，阐明AGEs诱导的线粒体应激在肝脏胰岛素抵抗中的作用机制，并探索早期干预靶点和临床治疗策略，对糖尿病等糖脂代谢紊乱疾病饮食习惯指导、生活方式干预，早期防控具有重要意义。研究成果具有深刻的理论意义和社会价值，有利于社会医疗资源的优化配置，是实现“健康中国”战略目标的重要保障。