各位讀者好,今天為大家?guī)硪黄?strong>國自然熱點糖酵解和代謝重編程的基礎(chǔ)上結(jié)合了包括蛋白質(zhì)組和代謝組在內(nèi)的多組學(xué)分析進(jìn)行研究的高分文章,是由國外研究團(tuán)隊2024年11月4日在Nature Communications發(fā)表的,題為“PTPRK regulates glycolysis and de novo lipogenesis to promote hepatocyte metabolic reprogramming in obesity"。揭示了PTPRK在調(diào)節(jié)肥胖肝糖酵解、脂質(zhì)代謝和腫瘤發(fā)展中的重要作用。
現(xiàn)代飲食和生活方式對人體能量平衡控制機(jī)制構(gòu)成挑戰(zhàn)。肥胖是一種代謝性疾病,與肝臟代謝紊亂密切相關(guān)。肥胖狀態(tài)下,肝臟會發(fā)生代謝重編程,包括脂肪積累、糖酵解和從頭脂肪生成的增強(qiáng),可能發(fā)展為代謝功能障礙相關(guān)的脂肪性肝病(MASLD)以及肝細(xì)胞癌(HCC)。在這個過程中,肝臟的蛋白酪氨酸磷酸酶(PTPs)表達(dá)失調(diào),但此前缺乏對肥胖狀態(tài)下肝臟PTPs的綜合研究。其中PTPRK是一種跨膜受體,其在細(xì)胞信號傳導(dǎo)中的作用尚未明確。
該研究發(fā)現(xiàn)肥胖會導(dǎo)致PTPRK在脂肪肝細(xì)胞中增加,并與PPARγ誘導(dǎo)的脂肪生成信號正相關(guān)。通過對小鼠和細(xì)胞模型的研究,發(fā)現(xiàn)PTPRK缺失可減輕體重增加和肝臟脂肪積累,其通過調(diào)節(jié)果糖-1,6-二磷酸酶1和糖酵解影響代謝重編程,促進(jìn)肝細(xì)胞的糖酵解和脂肪生成,還與肝臟腫瘤發(fā)展有關(guān)。研究揭示了PTPRK在肥胖相關(guān)肝臟疾病中的關(guān)鍵作用,為治療提供了潛在靶點。
研究框架:
1. 研究問題
肥胖導(dǎo)致肝臟代謝紊亂,作者關(guān)注蛋白酪氨酸磷酸酶(PTPs)在其中的作用,尤其是PTPRK。
2. 研究思路
研究PTPRK在肥胖相關(guān)肝臟疾病中的表達(dá)、調(diào)控機(jī)制及其對代謝和腫瘤發(fā)展的影響。3. 研究方法
使用多種小鼠模型和細(xì)胞實驗,包括基因敲除、過表達(dá)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)等技術(shù)。
4. 分析數(shù)據(jù)
通過液相色譜 - 串聯(lián)質(zhì)譜分析肝臟樣本的蛋白質(zhì)組和PTP表達(dá)模式,結(jié)合生物信息學(xué)分析確定相關(guān)代謝途徑和靶點。
5. 得出結(jié)論
PTPRK在肥胖相關(guān)的肝臟脂肪變性和腫瘤發(fā)展中起關(guān)鍵作用,通過調(diào)節(jié)糖酵解和脂質(zhì)代謝影響疾病進(jìn)程,可作為治療靶點。
結(jié)果解析:
1. 肝臟PTP表達(dá)在肥胖相關(guān)肝損傷中失調(diào)
通過對人肝樣本進(jìn)行蛋白質(zhì)組和PTP表達(dá)模式分析,研究者發(fā)現(xiàn)不同肝臟疾病階段蛋白表達(dá)和樣本異質(zhì)性存在差異,代謝相關(guān)通路存在激活和抑制變化。同時在樣本中鑒定出多種PTP蛋白,其中一些在不同疾病階段表達(dá)有差異,此外還發(fā)現(xiàn)PTPRK在脂肪變性和MASH的肝臟中表達(dá)升高。隨著疾病的發(fā)作,PTPome的顯著重塑表明了其在脂肪積累和肝功能障礙中的潛在致病作用。
2. 肥胖狀態(tài)下肝細(xì)胞PTPRK被誘導(dǎo)表達(dá)且與PPARγ正相關(guān)
接下來研究者利用構(gòu)建肥胖小鼠模型來探究PTPRK在肝臟中的作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)高脂飲食導(dǎo)致體重增加等代謝問題,而PTPRK在肝臟中的表達(dá)增強(qiáng)且與PPARγ上調(diào)相關(guān),同時PTPRK的轉(zhuǎn)錄水平與PPARγ正相關(guān)。此外在原代小鼠肝細(xì)胞培養(yǎng)中,隨著脂質(zhì)積累,PTPRK和PPARγ蛋白水平增加,且受Notch等多種信號通路的調(diào)節(jié)。
3. PTPRK缺失可減輕小鼠飲食誘導(dǎo)的肥胖、胰島素抵抗和肝脂肪變性
緊接著研究者用HFHFHCD小鼠對PTPRK的代謝相關(guān)性進(jìn)行評估。結(jié)果顯示PTPRK基因敲除小鼠在正常飲食下體重和脂肪積累影響較小,但在高脂高糖高膽固醇飲食下,體重、脂肪量、胰島素水平等指標(biāo)均顯著低于野生型小鼠,且能量消耗增加。同時發(fā)現(xiàn)PTPRK缺失小鼠肝臟中脂質(zhì)積累減少,胰島素信號通路相關(guān)蛋白磷酸化水平改變。
各位讀者好,今天為大家?guī)硪黄?strong>國自然熱點糖酵解和代謝重編程的基礎(chǔ)上結(jié)合了包括蛋白質(zhì)組和代謝組在內(nèi)的多組學(xué)分析進(jìn)行研究的高分文章,是由國外研究團(tuán)隊2024年11月4日在Nature Communications發(fā)表的,題為“PTPRK regulates glycolysis and de novo lipogenesis to promote hepatocyte metabolic reprogramming in obesity"。揭示了PTPRK在調(diào)節(jié)肥胖肝糖酵解、脂質(zhì)代謝和腫瘤發(fā)展中的重要作用。
現(xiàn)代飲食和生活方式對人體能量平衡控制機(jī)制構(gòu)成挑戰(zhàn)。肥胖是一種代謝性疾病,與肝臟代謝紊亂密切相關(guān)。肥胖狀態(tài)下,肝臟會發(fā)生代謝重編程,包括脂肪積累、糖酵解和從頭脂肪生成的增強(qiáng),可能發(fā)展為代謝功能障礙相關(guān)的脂肪性肝?。∕ASLD)以及肝細(xì)胞癌(HCC)。在這個過程中,肝臟的蛋白酪an酸磷酸酶(PTPs)表達(dá)失調(diào),但此前缺乏對肥胖狀態(tài)下肝臟PTPs的綜合研究。其中PTPRK是一種跨膜受體,其在細(xì)胞信號傳導(dǎo)中的作用尚未明確。
該研究發(fā)現(xiàn)肥胖會導(dǎo)致PTPRK在脂肪肝細(xì)胞中增加,并與PPARγ誘導(dǎo)的脂肪生成信號正相關(guān)。通過對小鼠和細(xì)胞模型的研究,發(fā)現(xiàn)PTPRK缺失可減輕體重增加和肝臟脂肪積累,其通過調(diào)節(jié)果糖-1,6-二磷酸酶1和糖酵解影響代謝重編程,促進(jìn)肝細(xì)胞的糖酵解和脂肪生成,還與肝臟腫瘤發(fā)展有關(guān)。研究揭示了PTPRK在肥胖相關(guān)肝臟疾病中的關(guān)鍵作用,為治療提供了潛在靶點。
研究框架:
1. 研究問題
肥胖導(dǎo)致肝臟代謝紊亂,作者關(guān)注蛋白酪an酸磷酸酶(PTPs)在其中的作用,尤其是PTPRK。
2. 研究思路
研究PTPRK在肥胖相關(guān)肝臟疾病中的表達(dá)、調(diào)控機(jī)制及其對代謝和腫瘤發(fā)展的影響。3. 研究方法
使用多種小鼠模型和細(xì)胞實驗,包括基因敲除、過表達(dá)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)等技術(shù)。
4. 分析數(shù)據(jù)
通過液相色譜 - 串聯(lián)質(zhì)譜分析肝臟樣本的蛋白質(zhì)組和PTP表達(dá)模式,結(jié)合生物信息學(xué)分析確定相關(guān)代謝途徑和靶點。
5. 得出結(jié)論
PTPRK在肥胖相關(guān)的肝臟脂肪變性和腫瘤發(fā)展中起關(guān)鍵作用,通過調(diào)節(jié)糖酵解和脂質(zhì)代謝影響疾病進(jìn)程,可作為治療靶點。
結(jié)果解析:
1. 肝臟PTP表達(dá)在肥胖相關(guān)肝損傷中失調(diào)
通過對人肝樣本進(jìn)行蛋白質(zhì)組和PTP表達(dá)模式分析,研究者發(fā)現(xiàn)不同肝臟疾病階段蛋白表達(dá)和樣本異質(zhì)性存在差異,代謝相關(guān)通路存在激活和抑制變化。同時在樣本中鑒定出多種PTP蛋白,其中一些在不同疾病階段表達(dá)有差異,此外還發(fā)現(xiàn)PTPRK在脂肪變性和MASH的肝臟中表達(dá)升高。隨著疾病的發(fā)作,PTPome的顯著重塑表明了其在脂肪積累和肝功能障礙中的潛在致病作用。
2. 肥胖狀態(tài)下肝細(xì)胞PTPRK被誘導(dǎo)表達(dá)且與PPARγ正相關(guān)
接下來研究者利用構(gòu)建肥胖小鼠模型來探究PTPRK在肝臟中的作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)高脂飲食導(dǎo)致體重增加等代謝問題,而PTPRK在肝臟中的表達(dá)增強(qiáng)且與PPARγ上調(diào)相關(guān),同時PTPRK的轉(zhuǎn)錄水平與PPARγ正相關(guān)。此外在原代小鼠肝細(xì)胞培養(yǎng)中,隨著脂質(zhì)積累,PTPRK和PPARγ蛋白水平增加,且受Notch等多種信號通路的調(diào)節(jié)。
3. PTPRK缺失可減輕小鼠飲食誘導(dǎo)的肥胖、胰島素抵抗和肝脂肪變性
緊接著研究者用HFHFHCD小鼠對PTPRK的代謝相關(guān)性進(jìn)行評估。結(jié)果顯示PTPRK基因敲除小鼠在正常飲食下體重和脂肪積累影響較小,但在高脂高糖高固醇飲食下,體重、脂肪量、胰島素水平等指標(biāo)均顯著低于野生型小鼠,且能量消耗增加。同時發(fā)現(xiàn)PTPRK缺失小鼠肝臟中脂質(zhì)積累減少,胰島素信號通路相關(guān)蛋白磷酸化水平改變。
4. 肝細(xì)胞營養(yǎng)驅(qū)動的代謝重編程受PTPRK表達(dá)影響
然后研究者繼續(xù)通過HFHFHCD小鼠探究受影響的脂肪生成途徑。在高脂高糖高固醇飲食喂養(yǎng)的小鼠中,PTPRK缺失導(dǎo)致肝臟中PPARγ及其相關(guān)脂代謝酶和轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)降低。通過腺病毒介導(dǎo)PTPRK在小鼠肝臟中過表達(dá)可逆轉(zhuǎn)PTPRK缺失小鼠的肝臟表型。
5. FBP1是肝細(xì)胞脂肪變性過程中PTPRK的底物
后續(xù)研究者對不同脂肪含量的肝細(xì)胞進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)PTPRK與PPARγ呈正相關(guān),且PTPRK缺失影響肝細(xì)胞中一些與脂肪酸攝取和代謝相關(guān)基因的表達(dá)。通過RNA - Seq和蛋白質(zhì)組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)PTPRK缺失主要影響低脂肪肝細(xì)胞中基因的轉(zhuǎn)錄,且與多種代謝通路相關(guān)。此外研究者鑒定出FBP1是PTPRK的底物,其磷酸化位點在PTPRK缺失的脂肪變性肝細(xì)胞中發(fā)生改變,且發(fā)現(xiàn)PTPRK與FBP1存在相互作用,影響葡萄糖代謝。
6. PTPRK缺失誘導(dǎo)飲食誘導(dǎo)肥胖過程中肝臟的代謝重編程
后續(xù)研究者在對原代小鼠肝細(xì)胞進(jìn)行PTPRK過表達(dá)或沉默培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn),PTPRK過表達(dá)增加糖酵解活性、細(xì)胞外酸化率和脂質(zhì)積累,PTPRK缺失則相反,且影響相關(guān)代謝通路中代謝物的水平。并且與作者的假設(shè)一致,F(xiàn)BP1抑制增強(qiáng)了PTPRK敲除的肝細(xì)胞中的PPARγ和脂肪積累。
然后研究者進(jìn)行了代謝物示蹤實驗,以比較PTK過表達(dá)和沉默對肝細(xì)胞中糖酵解通量的影響。結(jié)果表明糖酵解的后期階段甘油醛-3-磷酸的轉(zhuǎn)化增強(qiáng)。
此外在高脂高糖高固醇飲食喂養(yǎng)的小鼠肝臟中,研究者用質(zhì)譜法測定小鼠的肝臟代謝物,發(fā)現(xiàn)PTPRK缺失影響多種代謝物水平。這些結(jié)果提示PTPRK通過刺激糖酵解和PPARγ誘導(dǎo)間接導(dǎo)致脂肪變性,也直接影響脂肪酸酯化和脂質(zhì)滴形成。
7. PTPRK促進(jìn)肥胖相關(guān)肝癌中的肝細(xì)胞轉(zhuǎn)化
研究者在人肝臟樣本中發(fā)現(xiàn),PTPRK mRNA表達(dá)水平與糖酵解和脂肪生成基因的表達(dá)相關(guān),在腫瘤樣本中與多種代謝通路激活相關(guān)。在小鼠實驗中,PTPRK缺失會減少肝臟腫瘤數(shù)量和大小,同時在肝癌細(xì)胞系中沉默PTPRK可以降低細(xì)胞集落形成能力。
研究結(jié)論:
PTPRK在肥胖相關(guān)的肝臟疾病中起關(guān)鍵作用,其在脂肪肝細(xì)胞中上調(diào),與PPARγ誘導(dǎo)的脂肪生成信號正相關(guān)。PTPRK通過調(diào)節(jié)糖酵解和脂質(zhì)代謝,促進(jìn)肝細(xì)胞代謝重編程,影響肝臟腫瘤的發(fā)展。
研究的創(chuàng)新性:
揭示了PTPRK在肝臟代謝中的作用,包括其對糖酵解和脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制,以及在肝臟腫瘤發(fā)展中的作用。
研究的不足之處:
研究主要集中在小鼠模型和細(xì)胞系中,缺乏對人類疾病的直接證據(jù)。此外,研究沒有探討PTPRK的上游調(diào)節(jié)機(jī)制。
研究展望:
未來的研究可以進(jìn)一步探討PTPRK在人類疾病中的作用,以及其上游調(diào)節(jié)機(jī)制。此外,可以研究PTPRK作為治療靶點的潛力。
研究意義:
本研究為肥胖相關(guān)的肝臟疾病的治療提供了新的靶點和思路,有助于深入了解肝臟代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制。
4. 肝細(xì)胞營養(yǎng)驅(qū)動的代謝重編程受PTPRK表達(dá)影響
然后研究者繼續(xù)通過HFHFHCD小鼠探究受影響的脂肪生成途徑。在高脂高糖高膽固醇飲食喂養(yǎng)的小鼠中,PTPRK缺失導(dǎo)致肝臟中PPARγ及其相關(guān)脂代謝酶和轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)降低。通過腺病毒介導(dǎo)PTPRK在小鼠肝臟中過表達(dá)可逆轉(zhuǎn)PTPRK缺失小鼠的肝臟表型。
5. FBP1是肝細(xì)胞脂肪變性過程中PTPRK的底物
后續(xù)研究者對不同脂肪含量的肝細(xì)胞進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)PTPRK與PPARγ呈正相關(guān),且PTPRK缺失影響肝細(xì)胞中一些與脂肪酸攝取和代謝相關(guān)基因的表達(dá)。通過RNA - Seq和蛋白質(zhì)組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)PTPRK缺失主要影響低脂肪肝細(xì)胞中基因的轉(zhuǎn)錄,且與多種代謝通路相關(guān)。此外研究者鑒定出FBP1是PTPRK的底物,其磷酸化位點在PTPRK缺失的脂肪變性肝細(xì)胞中發(fā)生改變,且發(fā)現(xiàn)PTPRK與FBP1存在相互作用,影響葡萄糖代謝。
6. PTPRK缺失誘導(dǎo)飲食誘導(dǎo)肥胖過程中肝臟的代謝重編程
后續(xù)研究者在對原代小鼠肝細(xì)胞進(jìn)行PTPRK過表達(dá)或沉默培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn),PTPRK過表達(dá)增加糖酵解活性、細(xì)胞外酸化率和脂質(zhì)積累,PTPRK缺失則相反,且影響相關(guān)代謝通路中代謝物的水平。并且與作者的假設(shè)一致,F(xiàn)BP1抑制增強(qiáng)了PTPRK敲除的肝細(xì)胞中的PPARγ和脂肪積累。
然后研究者進(jìn)行了代謝物示蹤實驗,以比較PTK過表達(dá)和沉默對肝細(xì)胞中糖酵解通量的影響。結(jié)果表明糖酵解的后期階段甘油醛-3-磷酸的轉(zhuǎn)化增強(qiáng)。
此外在高脂高糖高膽固醇飲食喂養(yǎng)的小鼠肝臟中,研究者用質(zhì)譜法測定小鼠的肝臟代謝物,發(fā)現(xiàn)PTPRK缺失影響多種代謝物水平。這些結(jié)果提示PTPRK通過刺激糖酵解和PPARγ誘導(dǎo)間接導(dǎo)致脂肪變性,也直接影響脂肪酸酯化和脂質(zhì)滴形成。
7. PTPRK促進(jìn)肥胖相關(guān)肝癌中的肝細(xì)胞轉(zhuǎn)化
研究者在人肝臟樣本中發(fā)現(xiàn),PTPRK mRNA表達(dá)水平與糖酵解和脂肪生成基因的表達(dá)相關(guān),在腫瘤樣本中與多種代謝通路激活相關(guān)。在小鼠實驗中,PTPRK缺失會減少肝臟腫瘤數(shù)量和大小,同時在肝癌細(xì)胞系中沉默PTPRK可以降低細(xì)胞集落形成能力。
研究結(jié)論:
PTPRK在肥胖相關(guān)的肝臟疾病中起關(guān)鍵作用,其在脂肪肝細(xì)胞中上調(diào),與PPARγ誘導(dǎo)的脂肪生成信號正相關(guān)。PTPRK通過調(diào)節(jié)糖酵解和脂質(zhì)代謝,促進(jìn)肝細(xì)胞代謝重編程,影響肝臟腫瘤的發(fā)展。
研究的創(chuàng)新性:
揭示了PTPRK在肝臟代謝中的作用,包括其對糖酵解和脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制,以及在肝臟腫瘤發(fā)展中的作用。
研究的不足之處:
研究主要集中在小鼠模型和細(xì)胞系中,缺乏對人類疾病的直接證據(jù)。此外,研究沒有探討PTPRK的上游調(diào)節(jié)機(jī)制。
研究展望:
未來的研究可以進(jìn)一步探討PTPRK在人類疾病中的作用,以及其上游調(diào)節(jié)機(jī)制。此外,可以研究PTPRK作為治療靶點的潛力。
研究意義:
本研究為肥胖相關(guān)的肝臟疾病的治療提供了新的靶點和思路,有助于深入了解肝臟代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制。
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