2022年1月19日，Nature Communications雜志發(fā)表了來自我校天然藥物活性組分與藥效國家重點(diǎn)實驗室、臨床代謝組學(xué)中心齊煉文/劉群課題組的最新研究成果：線粒休 β氧化酶HADHA通過促進(jìn)酮體β-羥基丁酸產(chǎn)生抑制胰高血糖素介導(dǎo)的肝臟糖異生紊亂（The mitochondrial  β-oxidation enzyme HADHA restrains hepatic glucagon response by promoting β-hydroxybutyrate production, Nat Commun, 2022, 13: 386,doi: 10.1038/s41467-022-28044-x）。該工作獲得國家自然科學(xué)基金項目（項目編號：81825023，82174036，81973550）等資助，中國藥科大學(xué)是本論文唯一作者單位。齊煉文教授、劉群副教授是論文通訊作者，2019級博士生潘安是第一作者。論文的主要合作者還包括李萍教授、劉保林教授、劉金峰副教授、黃豐青博士等。

胰高血糖素由29個氨基酸構(gòu)成，是胰島α細(xì)胞分泌的一種多肽類激素，與胰島β細(xì)胞分泌的胰島素在血糖調(diào)節(jié)方面發(fā)揮相反作用。空腹時血糖調(diào)節(jié)主要依賴胰高血糖素，通過促進(jìn)肝臟糖原分解和糖異生，升高血糖，維持血糖穩(wěn)態(tài)。而在糖尿病患者中，血漿胰高血糖素水平過高，是導(dǎo)致血糖穩(wěn)態(tài)失衡的重要原因之一。近年來，隨著胰高血糖素功能研究的深入，其受體結(jié)構(gòu)的解析、干預(yù)胰高血糖素的分泌或者抑制胰高血糖素通路成為糖尿病治療的新方向。然而，胰高血糖素促進(jìn)肝糖異生的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和分子機(jī)制尚未完全解析。因此，揭示參與胰高血糖素信號通路的關(guān)鍵分子和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)對于深入理解肝臟糖異生紊亂的發(fā)生發(fā)展機(jī)制，進(jìn)而研發(fā)糖尿病藥物具有重要意義。

該研究在胰高血糖素刺激的原代肝實質(zhì)細(xì)胞、飲食或基因誘導(dǎo)的小鼠模型等多個水平上發(fā)現(xiàn)：線粒體 β氧化酶HADHA顯著下降，而HADHB無明顯改變；且胰高血糖素不影響HADHA轉(zhuǎn)錄，而是通過自噬促進(jìn)其蛋白降解。采用基因敲降/過表達(dá)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)肝臟條件性敲降HADHA可在生理條件下直接啟動糖異生相關(guān)基因Pck1/G6pc/Pgc1a表達(dá)、升高小鼠空腹血糖；也可在胰高血糖素刺激下進(jìn)一步加重肝臟糖異生紊亂。相反，過表達(dá)HADHA能夠明顯改善小鼠胰高血糖素耐量、抑制糖異生相關(guān)基因表達(dá)、調(diào)節(jié)肝臟糖異生紊亂。此外，HADHA抑制肝糖異生作用不依賴于胰島素。該工作首次發(fā)現(xiàn)HADHA是肝糖異生的關(guān)鍵抑制分子。有趣的是，HADHA是公認(rèn)的脂肪酸β氧化酶。據(jù)此推測HADHA可能對糖脂能量代謝發(fā)揮雙重調(diào)節(jié)作用。

C-13標(biāo)記的棕櫚酸同位素示蹤實驗表明，胰高血糖素可抑制脂肪酸氧化代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，包括乙酰輔酶A、酮體（ β-羥基丁酸和乙酰乙酸）等，且該代謝調(diào)控依賴于HADHA。進(jìn)一步體內(nèi)外實驗發(fā)現(xiàn)，給予外源性酮體 β-羥基丁酸可有效改善胰高血糖耐量、抑制糖異生相關(guān)基因的表達(dá)、減少肝糖輸出、降低血糖水平，表明酮體β-羥基丁酸是肝糖異生的負(fù)調(diào)控分子。敲除促進(jìn)β-羥基丁酸生成的上游轉(zhuǎn)化酶BDH1，可逆轉(zhuǎn)HADHA的糖異生抑制作用，推測HADHA對抗胰高血糖素反應(yīng)部分依賴于β-羥基丁酸的產(chǎn)生。值得注意的是，另一主要酮體乙酰乙酸不能發(fā)揮抑制肝糖異生作用。

在分子機(jī)制上，研究者證明了β-羥基丁酸可選擇性地與組蛋白去乙?；?/span>Class IIa家族中HDAC7（Glu543）結(jié)合，從而抑制HDAC7與FOXO1的相互作用，保留FOXO1的乙?；?，抑制FOXO1入核轉(zhuǎn)錄調(diào)控糖異生關(guān)鍵基因Pck1、G6pc、Pgc1a，降低胰高血糖素反應(yīng)（圖1）。

最后，研究者構(gòu)建了肝臟特異性HADHA過表達(dá)和BDH1敲降小鼠，發(fā)現(xiàn)HADHA過表達(dá)能顯著抑制高脂飼喂小鼠的體重增長、空腹血糖水平、改善丙酮酸糖耐量及肝臟脂質(zhì)堆積等，而敲降BDH1則顯著逆轉(zhuǎn)了HADHA的作用。

該研究的主要創(chuàng)新點(diǎn)在于發(fā)現(xiàn)HADHA是肝臟糖異生紊亂的關(guān)鍵抑制分子，其作用依賴于酮體 β-羥基丁酸的產(chǎn)生；β-羥基丁酸通過選擇性結(jié)合HDAC7（Glu543）抑制FOXO1轉(zhuǎn)錄活性，是肝糖異生的負(fù)調(diào)控代謝分子。該研究揭示了線粒體脂肪酸氧化酶HADHA以及酮體 β-羥基丁酸抑制肝臟糖異生紊亂的作用機(jī)制，為糖尿病的防治提供了潛在干預(yù)途徑。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28044-x

圖1 HADHA調(diào)控肝糖異生的機(jī)制

（供稿單位：中藥學(xué)院，撰寫人：蔡元源）