肥胖是全球主要的公共衛生問題之一，胰島素抵抗（Insulin resistance, IR）是肥胖人群常見的并發癥之一，與多種疾病的發生密切相關，包括糖尿病、代謝綜合征、血脂異常、高血壓及眾多心血管疾病。然而，盡管大多數肥胖患者表現出胰島素敏感性受損，但約30%的肥胖患者仍然維持正常的代謝指數，胰島素敏感性與健康人相似，被稱為代謝健康的肥胖。這部分人群與胰島素抵抗的患者的生化和分子調控機制的差異尚未明確，深入了解胰島素抵抗的分子機制對改善胰島素敏感性和預防相關的心血管疾病是十分重要的。
 
2023年10月26日，中國醫學科學院阜外醫院汪一波教授團隊在Nature Communications上發表題為“ZFYVE28 mediates insulin resistance by promoting phosphorylated insulin receptor degradation via increasing late endosomes production”的研究。該研究首次發現了ZFYVE28在單純性肥胖和胰島素抵抗的兩種狀態下的表達差異，并揭示了ZFYVE28促進磷酸化胰島素受體降解的調控作用。從機制上講，ZFYVE28通過其FYVE結構域與細胞內體共定位，并促進早期內體向晚期內體轉化，從而促進磷酸化胰島素受體的降解，介導胰島素抵抗的發生發展。因此，靶向ZFYVE28可作為改善胰島素抵抗，預防相關心血管疾病的新的潛在靶點。
 

 
研究材料
在該研究中，研究人員使用了Zfyve28 KO小鼠、Zfyve28 flox/flox小鼠、Alb-cre小鼠進行動物實驗，這三種模式動物均由賽業生物提供。此外，研究人員還利用了AAV-Zfyve28病毒、ZFYVE28慢病毒、HepG2細胞等進行了相關表型和分子機制研究。
 
技術路線
01 胰島素抵抗人群外周血測序篩選候選基因ZFYVE28
02 肥胖和胰島素抵抗小鼠模型驗證候選基因ZFYVE28
03 細胞實驗研究ZFYVE28受胰島素的調控機制
04 Zfyve28敲除和過表達小鼠的表型研究
05 體外實驗探討Zfyve28參與胰島素抵抗的分子機制
 
研究結果
首先，研究人員發現ZFYVE28在胰島素敏感性正常的肥胖患者中表達降低，但在胰島素抵抗的代謝綜合征患者中表達升高。為了進一步研究ZFYVE28表達水平與胰島素敏感性的關系，研究人員通過不同時間的高脂飲食（high-fat diet, HFD）喂養來構建肥胖和胰島素抵抗的小鼠模型，并通過葡萄糖耐受實驗（glucose tolerance test, GTT) 和胰島素耐受實驗（insulin tolerance test, ITT）來檢測小鼠的胰島素敏感性。研究人員選取了4周HFD喂養的代謝正常的小鼠作為肥胖模型，而選取12周HFD喂養的小鼠作為胰島素抵抗模型，檢測了肥胖小鼠和胰島素抵抗小鼠不同組織中Zfyve28的表達水平。結果顯示，在肥胖小鼠的肝臟組織中，Zfyve28表達水平下降，而在胰島素抵抗小鼠的肝臟組織中，Zfyve28表達水平上升（圖1）。
 
ZFYVE28表達水平的差異引起了研究人員極大的興趣。接下來，研究人員通過體內和體外實驗，在HepG2工具細胞和小鼠原代肝細胞中證實，NOTCH1調控ZFYVE28的表達，而胰島素通過抑制NOTCH1通路來抑制ZFYVE28的表達。在代謝正常的肥胖個體中，代償性升高的胰島素水平進一步抑制了ZFYVE28的表達；而在胰島素抵抗的個體中，由于胰島素信號傳導的受損，ZFYVE28的表達不再被抑制。這解釋了ZFYVE28在代謝正常的肥胖個體和胰島素抵抗個體中表達水平的差異。
 
為了進一步研究ZFYVE28在胰島素抵抗中的作用，研究人員通過尾靜脈注射AAV9-pTBG-Zfyve28構建了Zfyve28肝臟特異性表達的小鼠模型，發現在HFD誘導下，Zfyve28過表達顯著損害了小鼠的胰島素敏感性，并引起了血清及臟器甘油三酯、膽固醇含量的升高。研究人員還構建了Zfyve28全身性敲除（KO）和肝臟特異性敲除（LKO）的小鼠（賽業生物提供Zfyve28 KO小鼠、Zfyve28 flox/flox 小鼠、Alb-cre小鼠）。有趣的是，在喂養HFD時，Zfyve28的敲除顯著預防了小鼠的肝臟脂肪變性，改善了小鼠的胰島素敏感性，并引起了小鼠肝臟中磷酸化胰島素受體水平的升高。此外，Zfyve28敲除小鼠表現出更低的血清脂質水平、血壓，以及改善的心臟微循環，肝臟和心臟的重量及脂質含量也低于對照組。總結來說，Zfyve28敲除鼠表現出更好的胰島素敏感性和相關的心血管代謝指標（圖2）。
 
研究人員還深入研究了ZFYVE28參與胰島素敏感性調控的分子機制。正常生理狀況下，胰島素受體在結合胰島素后發生磷酸化，啟動下游胰島素信號級聯反應；磷酸化的胰島素受體隨后會內吞進細胞早期內體中，并通過再循環內體回到細胞膜表面，或者通過晚期內體靶向溶酶體降解。研究人員發現，ZFYVE28能顯著促進胰島素刺激后的磷酸化胰島素受體的降解而非去磷酸化，且該作用與FYVE結構域密切相關。ZFYVE28通過其FYVE結構域，與早期內體共定位，并促進早期內體向晚期內體的轉化，從而促進了磷酸化胰島素受體的降解（圖3）。
 
研究結論
本項研究的結果證實，ZFYVE28在胰島素敏感性的調控中起重要作用，ZFYVE28的敲除可顯著改善小鼠的胰島素敏感性和相關的心血管代謝指標。研究人員還證實了胰島素通過NOTCH1通路抑制ZFYVE28的表達，而在胰島素抵抗的情況下，受損的胰島素信號不再抑制ZFYVE28的表達，導致ZFYVE28表達水平的升高。機制上講，ZFYVE28通過其FYVE結構域，與早期內體共定位，并促進早期內體向晚期內體的轉化，從而促進了磷酸化胰島素受體的降解（圖4）。該研究首次發現了ZFYVE28在代謝正常和胰島素抵抗的個體間的表達差異，并深入研究了ZFYVE28參與胰島素抵抗的分子機制。ZFYVE28可作為潛在的改善胰島素抵抗及預防相關心血管疾病的新的靶點。
 
原文鏈接：DOI: 10.1038/s41467-023-42657-w
原文檢索：Yu L, Xu M, Yan Y, Huang S, Yuan M, Cui B, Lv C, Zhang Y, Wang H, Jin X, Hui R, Wang Y. ZFYVE28 mediates insulin resistance by promoting phosphorylated insulin receptor degradation via increasing late endosomes production. Nat Commun. 2023 Oct 26;14(1):6833. doi: 10.1038/s41467-023-42657-w. PMID: 37884540; PMCID: PMC10603069
  圖1. ZFYVE28在胰島素敏感性正常的肥胖個體中表達降低，但在胰島素抵抗的個體中表達升高
 

圖2. Zfyve28肝臟特異性敲除改善了小鼠的胰島素敏感性及相關的代謝指標
  圖3. ZFYVE28促進早期內體向晚期內體的轉化