DsbA-L对肝细胞线粒体功能及胰岛素敏感性的作用和分子机制的研究

Type 2 diabetes has become a burgeoning epidemic health problem in China. While mounting evidence from both clinical and basic research suggests a strong correlation between mitochondrial dysfunction and insulin resistance, the cause-effect relationship remains elusive. Our studies demonstrate that the protein levels of disulfide bond oxidoreductase A-like protein (DsbA-L) are significantly reduced in the liver of obese human subjects and animal models of obesity. Liver-specific knockout of DsbA-L in mice exacerbated high fat diet-induced insulin resistance. By yeast 2-hybrid screening, we identified DsbA-L interaction with NDUFS2, a key component of mitochondrial respiratory chain complex I. Based on these important new findings, we hypothesize that downregulation of DsbA-L in the liver could be an important mechanism for obesity-induced hepatic mitochondrial dysfunction and insulin resistance. To test this hypothesis, we will determine whether liver-specific knockout or overexpression of DsbA-L alters mitochondrial function and glucose homeostasis. We will also elucidate the mechanism of DsbA-L action. The completion of the proposed study will not only provide new information on the mechanism underlying obesity-induced insulin resistance, but will also shed light on potential new targets for the treatment of obesity and type 2 diabetes.

近年来，大量研究揭示了线粒体功能与胰岛素敏感性的相关性。然而两者的因果关系及相互作用机制仍不清楚。我们的前期研究发现肥胖导致二硫键氧化还原酶A-类蛋白（DsbA-L）表达降低，特异性敲除小鼠肝脏DsbA-L基因加剧了高脂饮食诱导的胰岛素抵抗，酵母双杂交基因文库筛选发现并证实DsbA-L能与线粒体呼吸链相互作用。基于以上重要发现，我们认为肝脏DsbA-L表达的降低可能是肥胖导致肝细胞线粒体功能紊乱及其引起的代谢失衡的一个重要因素。在本课题中，我们将利用独特的细胞和动物模型，通过对DsbA-L相互作用蛋白的研究以及对线粒体氧化呼吸活性、氧自由基水平、胰岛素信号传导等功能的检测，阐明DsbA-L调控线粒体功能以及糖稳态的作用与机制。通过本研究，明确DsbA-L能否作为治疗肥胖和2型糖尿病的新型靶标蛋白，为胰岛素抵抗及相关代谢性疾病的诊治提供参考。

背景：随着我国人民生活水平的日益提高和生活方式的改变，代谢性疾病，尤其是糖尿病的发病率逐年升高，已成流行性趋势。胰岛素抵抗是糖尿病发病的重要原因之一，深入认识胰岛素抵抗的发生机制对包括2型糖尿病在内的多种代谢性疾病的防治至关重要。 线粒体功能紊乱被认为是引起胰岛素抵抗及多种代谢性疾病的关键因素。然而其具体的分子机制有待进一步深入解析。.研究内容与重要结果：本项目的关注点是线粒体功能紊乱对胰岛素抵抗的影响，聚焦在对线粒体蛋白DsbA-L的功能研究。在本研究中，我们首次发现肥胖小鼠和肥胖人群肝脏中的DsbA-L表达水平显著降低。基于这一重要发现，我们建立了肝脏特异性DsbA-L基因敲除小鼠，并构建了该小鼠在高脂喂养下诱导胰岛素抵抗的动物模型。我们发现在肝脏中敲除DsbA-L基因能够加重高脂饮食诱导的胰岛素抵抗及脂肪肝：我们在对小鼠高脂喂养8周后进行了正糖钳夹实验，该实验为检测胰岛素敏感性的金标准。在实验中我们发现胰岛素对肝糖输出的抑制作用在DsbA-L敲除小鼠中降到接近野生型小鼠的一半。 虽然在普通饮食中我们没有检测到明显的改变，但是高脂饮食喂养使得DsbA-L敲除小鼠的肝脏较野生型堆积了多出50%的甘油三酯。同时，在机制研究中我们发现DsbA-L的缺失引起最大氧化呼吸能力的损伤，并伴随氧化应激的升高和JNK信号通路的激活。.科学意义：本研究首次发现了肝脏DsbA-L的表达改变伴随肥胖的发生，揭示DsbA-L蛋白在线粒体中发挥重要的功能，并在高脂饮食诱导的脂肪肝和胰岛素抵抗中发挥关键性的作用。