胰岛素抵抗（Insulin Resistance, IR）是2型糖尿病、肥胖和代谢综合征的核心病理特征，已成为全球性的健康挑战。活性氧自由基ROS失调一直被认为是胰岛素抵抗的直接诱因，但是这一机制并不能解释所有代谢过程中IR的发生机制。近日，天津医科大学朱路、王玲娣教授团队与王颖梅主任合作在知名国际期刊Advanced Science（IF: 14.1）上发表一项题为“Acetylation of the mitochondrial chaperone GRP75 governs ER-mitochondrial calcium homeostasis and hepatocyte insulin resistance”的研究工作揭示了线粒体—内质网互作改变是营养过剩诱发肝脏胰岛素抵抗的全新分子机制。该研究发现，线粒体定位蛋白GCN5L1通过调控内质网-线粒体接触点MAMs结构中的钙流复合物IP3R1-GRP75-VDAC成员GRP75的乙酰化，调控细胞内两大关键细胞器——内质网与线粒体之间的通讯，进而影响代谢稳态。
肝细胞内，内质网与线粒体通过线粒体相关内质网膜（MAMs）紧密相连，协同调控钙离子信号、脂质代谢等核心生命活动。位于MAMs上的IP3R-GRP75-VDAC蛋白复合体是调控钙离子从内质网流向线粒体的关键通道。钙信号失衡被认为是导致胰岛素抵抗的重要原因，但其上游的调控机制，尤其是在营养过剩条件下如何被触发，一直不清楚。 研究团队首先注意到，在胰岛素抵抗的肝细胞和肥胖患者肝组织样本中，线粒体乙酰化调控因子GCN5L1的表达显著下降。随后他们在小鼠肝脏中敲除GCN5L1(以下简称LKO)，发现小鼠肝细胞表现出明显的胰岛素抵抗，并伴有内质网应激，回补线粒体定位的GCN5L1（MtG）能恢复这一现象。Seahorse结果显示，LKO肝细胞的基础呼吸、最大呼吸以及糖酵解速率与对照组细胞相比均无显著差异；LKO组肝脏和线粒体的ROS明显高于对照组，但超氧化物清除剂Mito-TEMPO处理后LKO肝细胞受损的胰岛素信号并未得到恢复；与此同时，内质网应激抑制剂4-PBA和Bip inducer X处理能恢复LKO肝细胞的内质网稳态和胰岛素敏感性。这些结果说明线粒体GCN5L1对于维持肝细胞胰岛素敏感性至关重要，但其主要机制并非源于传统的线粒体呼吸功能障碍或氧化应激损伤，而是由其缺失所引发的内质网应激所介导。 通过IP-MS和乙酰化组学共同筛选，确定GRP75是GCN5L1的互作蛋白和乙酰化底物。GRP75正是MAMs上钙离子通道复合体IP3R1-GRP75-VDAC的核心组分。有趣的是，研究团队发现GRP75表达的缺失并不会直接导致肝细胞胰岛素抵抗。由此推测，乙酰化才是GCN5L1调控GRP75影响胰岛素敏感性的关键。研究证实，GCN5L1调控GRP75蛋白上两个关键位点（K567和K612）的乙酰化，这种乙酰化修饰会削弱GRP75与内质网钙通道IP3R1的结合，从而限制钙离子过度流入线粒体。当GCN5L1功能缺失时，GRP75去乙酰化，MAMs上的钙通道过度组装，引发线粒体钙超载、内质网应激，并最终导致胰岛素抵抗。更重要的是，研究揭示了高脂饮食是如何启动这一病理过程的。团队发现，高脂饮食或饱和脂肪酸处理会诱导GCN5L1从线粒体转位到细胞质中。GCN5L1的易位造成了其在线粒体局部的功能性缺失，导致GRP75去乙酰化，从而启动了上述一系列病理级联反应。 为了最终验证这一机制的因果关系，研究人员在小鼠肝脏中分别表达了模拟持续乙酰化的GRP75-2KQ突变体和模拟去乙酰化的GRP75-2KR突变体。结果显示，在正常饮食下，两组小鼠无显著差异；然而，仅经过短短两周的高脂饮食喂养，表达GRP75-2KR的小鼠就出现了严重的胰岛素抵抗，而表达GRP75-2KQ的小鼠则受到了显著保护。这一强有力的体内证据明确指出，GRP75的乙酰化状态是决定机体对饮食诱导的胰岛素抵抗易感性的重要因素。
综上，该研究鉴定了一条全新的GCN5L1-GRP75调控轴，阐明了其通过调控GRP75特定位点的乙酰化来控制内质网-线粒体钙稳态，进而影响肝脏胰岛素敏感性的分子机制。这一发现不仅为理解代谢性疾病的发生提供了新的视角，也为开发靶向调控GRP75乙酰化状态的药物、防治2型糖尿病等疾病开辟了新的治疗思路。
摘译自WANG D, ZHANG J, YANG X, et al. Acetylation of the mitochondrial chaperone GRP75 Governs ER-mitochondrial calcium homeostasis and hepatocyte insulin resistance[J]. Adv Sci (Weinh), 2025. DOI: 10.1002/advs.202508991. [Epub ahead of print].
转自 iNature
