肥胖是诱发胰岛素抵抗及T2D的主要因素。肥胖患者肝脏脂质蓄积，体内糖脂代谢紊乱，使肝脏葡萄糖生成（HGP）异常增多，血糖升高。有研究表明，在蓄积的脂质中甘油二酯（DAGs）作为信号分子是导致肝脏及全身胰岛素抵抗的关键因素。sn-1,2-DAG是其唯一活性构型，可激活PKCε蛋白，并促进PKCε由细胞质转移至细胞膜上，使胰岛素受体激酶（IRK）上的关键氨基酸，苏氨酸T1160磷酸化，从而破坏IRK环的稳定性，降低胰岛素依赖的PI3K活性。这种失活导致蛋白酶1（PDK1）依赖的AKT活性下降，并通过调节糖原合酶激酶3（GSK3）及其底物糖原合酶（GS）抑制肝脏糖原合成。此外，AKT的失活会抑制FOXO1的磷酸化并促进其核转位，从而增加下游靶基因的表达，促进肝糖异生。因此，抑制sn-1,2-DAG-PKCε信号轴是治疗肥胖型胰岛素抵抗的有效策略。
2022年12月16日，Cell Metabolism刊登了中国药科大学天然药物活性组分与药效国家重点实验室李萍/杨华/郑祖国团队的题为“Discovery of a potent allosteric activator of DGKQ that ameliorates obesity-induced insulin resistance via the sn-1,2-DAG-PKCε signaling axis”的最新研究成果。
该研究利用高内涵筛选结合液质联用技术，筛选出中药活性成分白术内酯II（AT II）可降低肝脏sn-1,2-DAG水平，抑制PKCε活性，改善肥胖型胰岛素抵抗，并发现AT II的作用靶蛋白为DGKQ，深入的机制研究发现AT II别构激活DGKQ，且这一效应具有物种保守性。李萍教授、杨华教授、郑祖国副研究员为通讯作者，郑祖国副研究员、博士生徐殷越为共同第一作者。
sn-1,2-DAG是肥胖诱发胰岛素抵抗的代谢信号分子，但目前还没有针对sn-1,2-DAG开发药物用于治疗胰岛素抵抗。本研究首先利用高内涵技术建立PKCε抑制剂的高通量筛选体系，进一步利用UPLC-TOF MS技术筛选可下调sn-1,2-DAG的活性成分，结果发现白术内酯II（AT II）可下调sn-1,2-DAG水平，抑制PKCε的活性。
为了进一步确证AT II药效作用，首先在细胞水平考察了AT II改善胰岛素抵抗的效应，结果显示AT II可浓度依赖地抑制sn-1,2-DAG-PKCε信号轴，从而改善胰岛素信号通路，抑制肝脏糖异生、促进肝糖原合成。接着利用长期高脂饮食（24周）、短期高脂饮食（1, 2, 4, 6周）和ob/ob小鼠诱导肥胖胰岛素抵抗模型，同样也显示AT II均可改善上述疾病模型下的肥胖型胰岛素抵抗。综合利用多种基因操控和药理学手段，在细胞水平和动物水平均验证AT II改善肥胖型胰岛素抵抗是依赖于肝脏sn-1,2-DAG-PKCε信号轴。
AT II到底是如何通过sn-1,2-DAG-PKCε信号轴发挥改善胰岛素抵抗作用，其作用靶点是什么？研究人员合成了保留AT II原活性的探针（A6），利用化学蛋白质组学、MST、SPR、CETSA、DARTs、非放射性酶活检测等方法，确定AT II可特异性激活二酰甘油激酶θ（DGKQ）。进一步通过DGKQ抑制剂R59022以及DGKQ KO细胞，在细胞水平上证明了AT II通过激活DGKQ，从而抑制sn-1,2-DAG-PKCε信号轴，发挥改善胰岛素抵抗作用；通过建立肝脏特异性Dgkq敲降小鼠，在动物水平验证了AT II改善肥胖型胰岛素抵抗完全依赖于肝脏DGKQ。
最后为了深入探究AT II激活DGKQ的作用机制，构建了DGKQ不同结构域的重组蛋白，通过A6探针进行pull down实验，发现AT II可与DGKQ的CRD和PH结构域结合。通过同源建模、位点突变等，发现CRD结构域中的S193、C204和S241三个氨基酸位点在AT II和DGKQ的结合中起着决定性作用，而PH结构域中的A496、P497和H498三个氨基酸则可能是有助于AT II进入药物结合口袋。
该研究不仅揭示了ATII改善肥胖型胰岛素抵抗的作用靶标与作用机制，而且为肥胖型胰岛素抵抗的药物研发策略提供了借鉴。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.11.012
（供稿单位：中药学院，撰写人：萧海涛，审稿人：黄欣、郑诗翌）