UBAP1

引言 众所周知，葡萄糖驱动胰岛素分泌，以维持能量稳态。目前对人胰岛素的研究通常只使用葡萄糖刺激，然而，另外两大宏量营养素--蛋白质和脂肪有没有可能也调节胰岛素的释放？迄今为止，非碳水化合物营养素对胰岛素分泌的影响还没有充分研究，针对人体的碳水化合物、蛋白质和脂肪的胰岛素分泌反应水平变化和机制仍未被揭示。 对营养素刺激人类胰岛素分泌的研究有助于扩大我们的临床认识，然而我们对于这个问题的有限了解大多来自于对啮齿动物的研究。全面了解营养素诱导的人类胰岛素分泌在2型糖尿病（T2D）和相关新兴研究中具有重要意义。 近日，来自加拿大英属哥伦比亚大学和温哥华海岸健康研究所的James D.Johnson、Jelena Kolic研究小组与加拿大阿尔伯塔大学等单位合作在Cell Metabolism杂志上发表题为Proteomic predictors of individualized nutrient-specific insulin secretion in health and disease的论文，这篇文章对来自非糖尿病（ND）和2型糖尿病（T2D）人类胰岛在三大主要宏量营养素包括碳水化合物、蛋白质和脂质影响下的胰岛素分泌动力学进行了综合分析，同时辅以转录组学和蛋白质组学分析，发现了胰岛的分子特征，并鉴定了不同的蛋白质簇，这些蛋白质簇可以预测胰岛素对碳水化合物、蛋白质和脂质的分泌反应，首次并排比较了人类胰岛和干细胞来源的胰岛之间营养反应和蛋白质组。这是目前最大的人类胰岛数据集，揭示了营养反应的多样性及机制。这一资源有望为糖尿病患者提供更多的个性化治疗建议。 2016年至2022年间，作者系统地测量了来自140名供体的胰岛对碳水化合物（15或6 mM葡萄糖）、氨基酸（5 mM亮氨酸）和脂质（1.5 mM油酸/棕榈酸混合物）的胰岛素分泌反应。证实碳水化合物是最强的胰岛素促分泌剂，其次是氨基酸，然后是脂肪。T2D患者的胰岛在葡萄糖和脂肪酸刺激下胰岛素分泌减少，但氨基酸刺激下的胰岛素分泌未受影响。 图1: ND和T2D胰岛之间的差异丰度蛋白质(Credit: Cell Metabolism) 为了更好地了解ND和T2D患者的胰岛中分泌反应与基因表达变化之间的关系，作者对这些胰岛进行了全面的转录组和蛋白质组分析。通过RNA测序和质谱法分析了20,000多个mRNA和近8,000个蛋白质，数据确定了与葡萄糖刺激的胰岛素分泌相关的关键蛋白在T2D中减少，包括例如ARG2、NAT8L、HADH、PPM1K、AMACR、PFKFB2、G6PC2、ERO1B、OTULINL、ATP2A3和CASR等（图1）。不同个体的胰岛对营养素刺激的胰岛素分泌反应存在显著个体差异，特别是一些胰岛对脂肪酸的反应比葡萄糖更强烈，这一发现挑战了长期以来认为饮食脂肪对胰岛素释放的影响可以忽略不计的传统观点。 作者利用共表达网络分析揭示了与胰岛功能紧密相关的蛋白质网络（图2），确定了18个关键蛋白质模块，其中9个模块与胰岛功能直接相关。与营养素刺激的胰岛素分泌呈正相关的模块参与细胞骨架、线粒体代谢、胰岛素加工等关键过程。在蛋白质运输和定位中起作用的模块与KCl刺激的胰岛素分泌呈正相关，但与脂质刺激的胰岛素分泌呈负相关，表明人类胰岛中的这些蛋白质网络模块支持对刺激的差异化响应。 图2: 共表达网络分析确定的18个不同的蛋白质模块（方块内显示Pearson相关系数和p值，红色阴影表示正相关，蓝色阴影表示负相关，黑框表示显著相关）(Credit: Cell Metabolism) 接下来，作者研究分析了mRNA和蛋白质丰度与胰岛特征的关联，特别是与功能的关系。发现胰岛供体的年龄与涉及溶酶体降解、细胞衰老、炎症、线粒体功能障碍等蛋白质的丰度呈正相关，例如PPT、SCARB2、ASAH1、P2X436和NADPH、FDXR等。此外，蛋白质丰度与糖化血红蛋白水平相关，有趣的是这类蛋白还涉及癌症的进展，例如YIF1A、UBAP1、STX5等，这可能和血糖控制不佳与多种癌症风险增加有关。 胰岛功能分析揭示了脂质是胰岛素释放的重要调节因子，并鉴定了与总体胰岛分泌能力相关的关键蛋白质。作者建立了一个在线资源，可以显示检测到的蛋白质、供体特征、胰岛分离参数和胰岛功能之间的关系（www.humanislets.com）。在基础葡萄糖条件下，约8%的供体胰岛对脂质的胰岛素分泌反应异常强烈，对脂质高反应的胰岛WNT4降低，表明胰岛可能处于较不成熟状态；同时，HNF1B、SULT1A1和PDGFRA表达升高。约9%的供体胰岛对亮氨酸的胰岛素分泌反应强于高葡萄糖。 治疗糖尿病非常有潜力的一种疗法是利用胚胎干细胞分化为β细胞替代物，胚胎干细胞衍生的胰岛样团簇与人类胰岛相比，其基础胰岛素释放水平仅为1/10，其基础胰岛素释放及葡萄糖、氨基酸反应性低于人类胰岛，它可能更偏好非葡萄糖底物。蛋白质组学分析揭示了干细胞胰岛样团簇与人类胰岛的显著差异，包括未成熟β细胞标记物的增加及脂肪酸转运和代谢相关蛋白的上调，人胚胎干细胞衍生的胰岛样团簇具有脂质响应性。 高胰岛素血症与多种健康问题相关，这项研究在人胰岛中确定了碳水化合物、蛋白质和脂质三种营养素的胰岛素分泌反应，搭建了在线数据平台：www.humanlislands.com作为胰岛深层表型网络资源。作者的证据还表明营养特异性胰岛素分泌在普通人群中存在异质性，9%的供体胰岛对氨基酸有反应，8%的供体胰岛对脂肪酸的反应大于其葡萄糖刺激的胰岛素反应，这意味着这些胰岛与高葡萄糖引起的胰岛素分泌反应的胰岛截然不同，作者通过干细胞中的观察，推测这种脂质反应性与β细胞不成熟有关。这项研究为针对胰岛对碳水化合物、蛋白质和脂质响应的多样性提供个性化营养治疗奠定了基础。 图3：三大主要宏量营养素包括碳水化合物、蛋白质和脂质对人胰岛分泌反应的影响研究(Credit: Cell Metabolism) 参考文献 https://doi.org/10.1016/j.cmet.2024.06.001 责编|探索君 排版|探索君 文章来源|“BioArt” End 往期精选 围观 一文读透细胞死亡(Cell Death) | 24年Cell重磅综述（长文收藏版） 热文 Cell | 是什么决定了细胞的大小？ 热文 Nature | 2024年值得关注的七项技术 热文 Nature | 自身免疫性疾病能被治愈吗？科学家们终于看到了希望 热文 CRISPR技术进化史 | 24年Cell综述

cGAS–STING通路是一种进化上保守的免疫信号通路，对微生物防御至关重要（STING：天然免疫新核心，免疫治疗新靶点）。与其他主要依赖于固定信号事件的先天免疫途径不同，STING在细胞中具有高度的流动性，流动性异常与神经退行性疾病等相关。STINGSTING是一种跨膜蛋白，以二聚体的形式存在于内质网上，其CDN结合结构域面对细胞质。在配体结合之前，每个STING单体的连接区域被交叉，配体结合结构域位于各自的跨膜结构域的另一侧。cGAMP的结合诱导了连接体区域的结构重排，其中配体结合结构域被旋转到与跨膜结构域平行。这种旋转被认为是STING激活和内质网通过COPII囊泡离开的关键。然后STING易位到内质网中间室（ERGIC）和高尔基体，在那里它招募激酶TBK1，它磷酸化STING本身和转录因子IRF3。磷酸化的IRF3易位到细胞核，启动IFN-I基因和ISGs的转录。此外，在这一过程中，STING激活了其他IFN非依赖的信号通路，分子细节未知。STING囊泡然后退出反式高尔基网络（TGN），继续前往核内体和溶酶体，在那里，STING囊泡最终被降解以终止信号传导。STING转运三步1. STING在内质网上STING不包含将其引导到内质网的信号序列，但为什么STING定位于内质网，并保持在内质网?帮助内质网保持STING的过程包括Ca2+传感器基质相互作用分子1（STIM1）和逆行COPII囊泡运输。STIM1通过钙通道控制Ca2+进入内质网，这在淋巴细胞的激活和增殖中至关重要。STIM1也通过直接绑定STING的ER保留因子。使用2,3-cGAMP的刺激会破坏这种相互作用，从而允许STING内质网退出。STIM1的缺失从内质网释放出STING，导致tonic IFN-I信号。所以STIM1缺陷的患者同时出现淋巴细胞减少（由于淋巴细胞中的钙通量缺陷）和自身免疫病。高尔基体-内质网逆行穿梭也起着重要作用。STING不是简单地固定在静息状态下的内质网上；相反，它通过分泌途径不断移动。内质网保留因素和逆行穿梭的结合可能建立了STING内质网定位的“表象”。此外，还有其他的辅助因子负责调节内质网上的STING蛋白水平，包括toll相互作用蛋白（TOLLIP）、E3泛素连接酶三部分基序蛋白30α（TRIM30α）和PTPN1/ 2，它们分别调节稳态下STING的溶酶体和蛋白酶体降解。2. 从内质网转移至高尔基体配体结合后，STING开始从内质网易位到高尔基体，这个过程需要COPII囊泡的组装。Sar1、Sec13、和Sec31的丢失阻止了STING配体结合时离开内质网，并减弱了STING信号。除了经典的COPII囊泡装置外，内质网上的其他一些蛋白质和复合物对STING从内质网到高尔基体的运输也很重要。在没有转位子复合物成分TRAPβ的情况下，配体诱导的STING运输被阻止。内质网蛋白iRhom2促进TRAPβ和STING的相互作用。与TRAPβ缺陷类似，iRhom2的丢失也会阻止STING从ER离开。由于TRAPβ和iRhom2不影响COPII装置的蛋白质运输，它们可能调节内质网的横向移动，以到达ER出口位点。一旦STING到达高尔基体，就会引发一系列的生化事件：(1)通过CTT招募TBK1；(2) TBK1磷酸化STING（丝氨酸366）和自身；(3)STING使IRF3聚合并招募到ILxIS基序，TBK1磷酸化IRF3；(4) p-IRF3二聚并易位到细胞核以开启免疫基因表达。除了磷酸化，其他翻译后修饰对高尔基体上的刺信号至关重要。例如，STING在半胱氨酸88和91处被顺式高尔基体定位的酰基转移酶DHC3/7/15棕榈酰化。用硝基呋喃衍生物C-178、C-179和H-151阻断刺棕榈酰化，可以防止STING寡聚和信号体组装。多种蛋白（AMFR、INSIG1、ZDHHC1、RNF26、TRIM32和TRIM56）对STING的泛素化对高尔基体的信号转导也很重要。此外，一些蛋白质辅助因子直接或间接地促进高尔基体上刺信号体的形成。S6K和SREBP裂解激活蛋白（SCAP）促进IRF3招募到STING-TBK1。而核心自噬蛋白ATG9a在膜扩张中负调控STING-TBK1复合物的形式和下游IFN信号传导，蛋白磷酸酶Mg2+/Mn2+依赖的1a和蛋白磷酸酶6催化亚基通过去磷酸化抑制信号传导。IFN-高尔基体易位也是抑制独立活性所必需的。例如，STING介导的NF-κB信号通路需要TBK1与高尔基体上的刺c端结合，但不需要STING磷酸化。STING介导的自噬需要STING从内质网转移到ER-GIC，这是自噬膜的一个已知来源。STING介导的UPR和细胞死亡需要STING从内质网退出。有趣的是，STING介导的UPR和自噬活性都被定位到相同的基序上（一个包含氨基酸322-343的α-螺旋），这表明这两种活性可能依赖于一个尚未确定的共同过程。STING内质网单独退出（在到达ERGIC或高尔基体之前）是否诱导任何细胞信号也不清楚。3. 后高尔基体穿梭和溶酶体降解虽然有许多已知的STING辅助因子在内质网到高尔基体阶段起作用，但已知的高尔基体后STING转运的辅助因子要少得多。后高尔基体的STING运输减弱了IFN信号。因此，这些辅助因子的功能缺失将延长STING信号。一旦STING在高尔基体上被磷酸化，STING降解的过程就开始了。适配器蛋白复合物1（AP-1）结合一个双亮氨酸基序以及在STING CTT结构域磷酸化的S366残基。然后，AP-1将磷酸化的STING分类到clathrin蛋白包被的囊泡中，运输到内溶酶体。AP-1的抑制增强了STING信号。STING高尔基体出口也需要反式高尔基GRIP和包含蛋白2的螺旋-螺旋结构域2（GCC2/ GCC185）。GCC2属于TGN上的Golgin蛋白家族，通过APs将囊泡转移到RAB GTPases。TGN是一个主要的分拣枢纽，在这里各类物质被分类到各种运输工具，以贩运到细胞的不同区室)。一旦STING到达核内体，它再次被UBE2N泛素化。HGS、VPS37A、UBAP1、Tsg101和Vps4是STING辅助因子。C9ORF72和UNC93B1也能促进STING溶酶体降解，尽管分子细节仍有待确定。STING还驱动非经典的自噬，这可能有助于其自身被自噬小体降解。目前还不清楚STING囊泡是与溶酶体融合还是被溶酶体吞噬，以及膜拓扑结构在每种情况下是如何工作的。参考资料Chu, T.-T., X. Tu, K. Yang, J. Wu, J.J. Repa, and N. Yan. 2021. Tonic primeboost of STING signalling mediates Niemann-Pick disease type C. Nature. 596:570–57Decout, A., J.D. Katz, S. Venkatraman, and A. Ablasser. 2021. The cGAS-STING pathway as a therapeutic target in inflammatory diseases. Nat. Rev. Immunol. 21:548–569