NAT8L

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

▎药明康德内容团队编辑药明康德内容团队盘点了2024年6月发布于国际知名科研期刊中的潜力靶点，供各位医药界的朋友们参考。它们有的是肿瘤中的生物力学检查点，有的是视网膜色素上皮中的关键免疫调节因子，有的在多囊卵巢综合征发生过程中具有重要作用。这些潜力靶点涵盖癌症、代谢类疾病、中枢神经系统疾病、传染病等多个方向，都具有潜在转化价值。  在这篇文章中，我们优选5个值得关注的靶点做详细报道。点击“阅读原文”或扫描文中二维码并填写文中调查问卷，留下您的邮箱，即可申请获得完整靶点列表。 ▲点击“阅读原文”或扫描以上二维码并填写问卷，以申请获得《2024年6月潜在可转化创新靶点》分析报告 靶点：LONP1 应用：治疗多囊卵巢综合征的靶点 期刊/ PMID：《科学》 / 38870290 发现：多囊卵巢综合征（PCOS）是育龄妇女常见的内分泌疾病，表现包括雄激素过多和其他激素变化、月经周期改变、不孕和代谢异常。尽管发病率很高，但由于PCOS的复杂性，研发有效的药物极具挑战。这项研究发现青蒿素衍生物可以通过抑制卵巢雄激素合成来控制高雄激素血症，缓解啮齿动物模型和人类患者的PCOS症状。进一步的机制探索发现青蒿素促进P450家族成员CYP11A1蛋白的降解，从而阻止雄激素的过度生成。而青蒿素直接靶向LONP1，通过增强LONP1与CYP11A1的相互作用，促进LONP1催化的CYP11A1降解。过表达LONP1复制了青蒿素的降雄激素效果。这表明LONP1-CYP11A1相互作用在控制高雄激素血症和PCOS的发生中有关键作用。靶向LONP1-CYP11A1相互作用可能为PCOS治疗开辟新途径。 ▲青蒿素可抑制卵巢雄激素合成并缓解多囊卵巢综合征（图片来源：参考资料[1]） 靶点：Osr2 应用：加剧T细胞耗竭的生物力学检查点 期刊/ PMID：《细胞》/ 38744281 发现：细胞外基质（ECM）的结构和刚性改变是癌症的标志性特征之一。但ECM的生物力学特性是否影响抗肿瘤CD8+ T细胞的功能仍然未知。这项研究发现Osr2可以整合生物力学信号，促进肿瘤CD8+ T细胞的终末耗竭。通过T细胞受体信号和由Piezo1/钙/CREB轴介导的生物力学应力，Osr2在终末耗竭的肿瘤特异性CD8+ T细胞亚群中被选择性诱导。敲除Osr2可以减轻肿瘤特异性CD8+ T细胞或CAR-T细胞的耗竭，过表达Osr2则在实体瘤模型中加剧了它们的耗竭。机制上，Osr2招募HDAC3重塑表观遗传程序，以抑制细胞毒性基因的表达，促进CD8+ T细胞的耗竭。这揭示Osr2是生物力学检查点，功能上加剧CD8+ T细胞耗竭，有潜力成为增强癌症免疫治疗疗效的靶点。 ▲Osr2作为生物力学检查点，加剧肿瘤中的CD8+T细胞耗竭（图片来源：参考资料[2]） 靶点：NAT8L 应用：增强抗癌药物疗效的潜在靶点 期刊/ PMID：Cancer Cell / 38821061 发现：肿瘤细胞有多种逃避免疫监视的策略。中枢神经系统（CNS）也有限制免疫反应的特征。但尚不清楚肿瘤和CNS是否共享相似的免疫抑制程序。这项研究通过分析肿瘤多组学数据，发现CNS富集的N-乙酰基转移酶8样物质（NAT8L），而其代谢产物N-乙酰天冬氨酸（NAA）在耐药肿瘤中也有高表达。在CNS中，NAA在脑部发生炎症期间释放。NAT8L通过NAA抑制NK细胞和CD8+ T细胞的细胞毒性，这既能减轻脑部炎症，也可以削弱抗肿瘤免疫反应。在机制上，NAA通过促进PCAF诱导的核纤层蛋白A-K542的乙酰化，破坏免疫突触的形成，破坏胞溶性颗粒的极化。该研究成果意味着肿瘤细胞存在模仿CNS抗炎机制的免疫逃逸策略，而NAT8L是一个增强抗癌药物疗效的潜在靶点。 ▲NAT8L通过NAA抑制NK细胞和CD8+ T细胞的细胞毒性（图片来源：参考资料[3]） 靶点：IRAK-M 应用：减轻视网膜变性的潜在靶点 期刊/ PMID：Science Translational Medicine / 38838135 发现：年龄相关性黄斑变性（AMD）的进展与慢性炎症有关，但AMD中，TLR和IL-1R炎症信号通路中必要的Myddosome复合物的作用尚未阐明。这项研究发现抑制性Myddosome的成分IRAK-M是视网膜色素上皮（RPE）的关键免疫调节因子。研究人员发现编码IRAK-M的IRAK3基因中的罕见变异与晚期AMD风险增加有关。人体样本和小鼠模型中，RPE的IRAK-M随着年龄增长或氧化应激减少，在AMD中进一步降低。Irak3基因敲除小鼠在较早年龄就表现出更高的外视网膜变性发病率，氧化应激使这种情况进一步恶化。缺乏IRAK-M导致RPE细胞稳态被破坏，表现为线粒体功能受损、细胞衰老和异常的细胞因子生产。过表达IRAK-M能保护RPE细胞免受氧化或免疫应激的损害。通过AAV在野生型小鼠视网膜下递送人IRAK3基因挽救了光诱导的外视网膜变性，并减轻Irak3基因敲除小鼠的年龄相关自发性视网膜变性。这些数据表明，在RPE中补充IRAK-M可以纠正AMD中失调的炎症反应，是视网膜变性的潜在治疗方法。 图片来源：123RF 靶点：OTUD5 应用：糖尿病肾病的潜在治疗靶点 期刊/ PMID：Nature Communications / 38937512 发现：足细胞损伤在糖尿病肾病（DKD）发展中起着至关重要的作用。这项研究探索了一种去泛素化酶OTUD5在足细胞损伤和DKD中的作用及其调控机制。研究人员通过RNA-seq分析，发现在高糖高脂刺激的足细胞中，OTUD5表达显著降低。特异性敲除足细胞中的Otud5基因会加重1型和2型糖尿病小鼠的足细胞损伤和DKD。在足细胞中过表达OTUD5则对DKD显示出治疗效果。质谱和共免疫沉淀实验揭示在足细胞中，炎症调节蛋白TAK1是OTUD5的底物。OTUD5通过其活性位点C224对K63连接的TAK1的K158位点去泛素化，阻止TAK1磷酸化，进而减少下游炎症反应。该研究发现OTUD5-TAK1通路在足细胞炎症和损伤中起关键作用，揭示了OTUD5作为DKD治疗靶点的潜力。 ▲OTUD5足细胞特异性过表达可减轻2型糖尿病小鼠的足细胞损伤和DKD（图片来源：参考资料[5]） 潜在靶点众多，限于篇幅，本文不一一进行介绍。请点击“阅读原文”或扫描文中二维码并填写文中调查问卷，留下您的邮箱，即可申请获得完整靶点列表。 ▲点击“阅读原文”或扫描以上二维码并填写问卷，以申请获得《2024年6月潜在可转化创新靶点》分析报告 参考资料： [1] Liu, Yang et al. “Artemisinins ameliorate polycystic ovarian syndrome by mediating LONP1-CYP11A1 interaction.” Science (New York, N.Y.) vol. 384,6701 (2024): eadk5382. doi:10.1126/science.adk5382 [2] Zhang, Jinjia et al. “Osr2 functions as a biomechanical checkpoint to aggravate CD8+ T cell exhaustion in tumor.” Cell vol. 187,13 (2024): 3409-3426.e24. doi:10.1016/j.cell.2024.04.023 [3] Li, Yihong et al. “Tumor cells impair immunological synapse formation via central nervous system-enriched metabolite.” Cancer cell vol. 42,6 (2024): 985-1002.e18. doi:10.1016/j.ccell.2024.05.006 [4] Liu, Jian et al. “Replenishing IRAK-M expression in retinal pigment epithelium attenuates outer retinal degeneration.” Science translational medicine vol. 16,750 (2024): eadi4125. doi:10.1126/scitranslmed.adi4125 [5] Zhao, Ying et al. “Podocyte OTUD5 alleviates diabetic kidney disease through deubiquitinating TAK1 and reducing podocyte inflammation and injury.” Nature communications vol. 15,1 5441. 27 Jun. 2024, doi:10.1038/s41467-024-49854-1 本文来自药明康德内容团队，欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。转载授权请在「药明康德」微信公众号留言联系我们。其他合作需求，请联系wuxi_media@wuxiapptec.com。 免责声明：药明康德内容团队专注介绍全球生物医药健康研究进展。本文仅作信息交流之目的，文中观点不代表药明康德立场，亦不代表药明康德支持或反对文中观点。本文也不是治疗方案推荐。如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。

*仅供医学专业人士阅读参考日防夜防，家贼难防，内鬼永远防不胜防，很显然癌细胞也看过了兵法，今天登上《癌细胞》（Cancer Cell）的一项中国学者最新研究里，癌细胞亮出的新招数只让奇点糕有一句词儿想说：你滴，大大地狡猾！来自中山大学孙逸仙纪念医院陆艺文、苏士成团队的研究显示，经曲妥珠单抗和PD-L1抑制剂治疗的HER2+乳腺癌患者肿瘤内，存在N-乙酰转移酶8样蛋白（NAT8L）及其代谢产物N-乙酰天冬氨酸（NAA）的富集，它们正常情况下是中枢神经系统（CNS）内抑制NK细胞和CD8+T细胞的细胞毒性、减轻脑部炎症损伤的物质，但却被癌细胞用来破坏免疫突触形成，进而抑制抗肿瘤免疫应答[1]。论文核心内容总结在此前的关键临床研究中，曲妥珠单抗等抗HER2单抗联合PD-1/L1抑制剂治疗，并不是每次都能“双剑合璧”，更像是“六脉神剑”一样时灵时不灵[2]；中山大学团队的本次分析样本，也来自一项评估曲妥珠单抗+PD-L1抑制剂（恩沃利单抗）+化疗方案用于HER2+乳腺癌患者的国内临床II期研究，以找到免疫治疗与抗HER2单抗不来电的原因。多组学分析数据显示，对联合治疗不应答患者的肿瘤内，表达上调最显著的基因主要与代谢相关，如丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酰胺代谢，其中就包括负责合成NAA的NAT8L，同时分析也检出了高水平的NAA及其前体物质天冬氨酸，从原料到合成路径都齐了，但问题同时也来了：NAA正常情况下是神经元的代谢产物[3]，怎么会跑到遥远的乳腺癌里呢？NAA及NAT8L在乳腺癌中显著富集，且与患者不良预后有关进一步的单细胞测序显示，NAT8L主要由肿瘤内的癌细胞表达，且与患者不良生存预后（由DFS/OS衡量）显著相关；小鼠实验则显示，敲除癌细胞的Nat8l基因可显著延缓其在免疫健全小鼠体内的进展速度，并增强PD-L1抑制剂和曲妥珠单抗单独使用及联合使用的疗效，说明NAT8L对抗肿瘤免疫应答有明显的不利影响，可能与NAT8L在CNS中的抗炎作用类似。对比敲除Nat8l基因小鼠与对照组小鼠的肿瘤时，研究者们发现NK细胞和CD8+T细胞的浸润水平大致相同，但在敲除Nat8l后，NK细胞和CD8+T细胞对癌细胞的细胞毒性杀伤能力显著增强；后续实验则证实，NAT8L催化合成的NAA而非N-乙酰丙酮酰谷氨酸（NAAG），经由转运蛋白SLC13A3释放，是抑制两种免疫细胞对癌细胞杀伤力的关键。NAT8L催化合成的NAA会抑制免疫应答而NAA抑制NK细胞和CD8+T细胞杀伤力的途径也是相同的，即干扰对两种细胞都非常重要的免疫突触形成：NAA可诱导与其结合的核纤层蛋白A（Lamin A）K542残基乙酰化，进而使Lamin A与内核膜蛋白SUN2的相互作用减弱，而这两种蛋白的整合是免疫突触形成必不可少的条件，没了免疫突触，后续的抗肿瘤免疫应答也就无从谈起了。NAA介导Lamin A蛋白乙酰化，进而影响免疫突触形成总而言之，癌细胞这种模拟大脑抗炎症机制来实现免疫逃逸的路数，属实是相当狡猾了，但至少被研究者们揪出来的NAT8L，可以作为乳腺癌治疗中的生物标志物乃至药物开发靶点，就看后续研究怎么用好它了。参考文献：[1]Li Y, Huang M, Wang M, et al. Tumor cells impair immunological synapse formation via central nervous system-enriched metabolite[J]. Cancer Cell, 2024.[2]Huober J, Barrios C H, Niikura N, et al. Atezolizumab with neoadjuvant anti–human epidermal growth factor receptor 2 therapy and chemotherapy in human epidermal growth factor receptor 2–positive early breast cancer: primary results of the randomized phase III IMpassion050 trial[J]. Journal of Clinical Oncology, 2022, 40(25): 2946-2956.[3]Reitman Z J, Jin G, Karoly E D, et al. Profiling the effects of isocitrate dehydrogenase 1 and 2 mutations on the cellular metabolome[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011, 108(8): 3270-3275.本文作者丨谭硕