Nature Metabolism：赵家军/薄涛/高聆揭示WDR6介导胰岛素抵抗小鼠肝脏脂肪从头合成的机制

2023年9月，山东第一医科大学附属省立医院等单位的相关研究人员在《Nature Metabolism》（IF: 20.8）上发表了题为“Upregulation of WDR6 Drives Hepatic de novo Lipogenesis in Insulin Resistance in Mice”的研究论文，揭示了在胰岛素抵抗（IR）状态下，WDR6介导胰岛素促进肝脏脂质合成的新机制。

亮点概述：

WD40重复序列的蛋白6（WDR6）在IR期间促进肝脏脂肪从头合成（DNL）。
WDR6可促进丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶1的β催化亚基（PPP1CB）在Thr316处的去磷酸化，通过DNA依赖性蛋白激酶和上游刺激因子1（USF1）增强脂肪酸合成酶（FASN）的转录。
筛选出一种小分子天然化合物XLIX，其可以抑制WDR6与PPP1CB的相互作用。

研究背景：

肝脂肪变性是最常见的慢性肝脏疾病之一，通常与肥胖和 IR 有关。肝脂肪变性的发病机制复杂，尚未完全阐明。IR被认为是其发展过程中的主要致病因素。在生理条件下，胰岛素抑制肝脏糖异生，促进DNL储存热量。在IR期间，胰岛素不能抑制肝脏葡萄糖的产生。然而，胰岛素水平与肝脏脂质沉积之间也存在正相关。总的来说，人们普遍认为，在IR期间，肝脏DNL仍无限制的增加，但肝脏脂肪变性增加的机制尚不完全清楚。

人类WDR6蛋白是含WD40重复（WDR）的蛋白质。WD40重复序列是一个由40-60个氨基酸残基组成的保守蛋白质结构域。它的基本功能是协调多种蛋白质复合物的组装。含有这种重复序列的蛋白质广泛分布在各种组织中。

研究人员通过高脂饮食（HFD）喂养建立IR小鼠模型，然后进行胰岛素注射。发现FASN在HFD小鼠中继续显示出对胰岛素的相同反应（即升高），表明胰岛素在IR过程中仍然可以驱动该脂肪生成基因的表达。为了鉴定在IR状态下仍然对胰岛素有反应的基因，研究人员进行了肝脏转录组分析，通过分析差异表达基因（DEG），结合逆转录定量PCR（RT–qPCR）以及文献调查，最终聚焦Wdr6进行进一步的研究。WDR6蛋白水平在注射胰岛素或重新喂食6小时后增加，这分别对应于外源性或内源性胰岛素水平增加的情况。此外，在非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）小鼠肝脏中也观察到WDR6蛋白表达增加，这支持了WDR6参与肝脏脂质代谢的假设。

WDR6在胰岛素抵抗状态下对胰岛素的反应表现出表达上调

为了验证WDR6是否有助于IR诱导的肝脏代谢紊乱，研究人员使用WDR6 shRNA的腺相关病毒（AAV）以及CRISPR–Cas9调控小鼠Wdr6基因的表达，发现肝特异性抑制Wdr6可改善或逆转IR期间的代谢紊乱，尤其是肝脏脂质沉积，而Wdr6过表达具有相反的作用。

随后，研究人员对小鼠的肝脏进行了脂质组学分析，以深入了解可能受WDR6影响的脂质代谢途径。HFD喂养组之间差异最大的代谢产物是甘油三酯（TAG）。因此，研究人员进一步评估了shWDR6和shNC小鼠中参与肝脏TAG代谢主要途径的各种代表性基因的表达模式，包括DNL、脂肪分解、游离脂肪酸氧化和摄取，以及葡萄糖代谢的某些代表性基因。其发现shWDR6小鼠的DNL相关基因Fasn在mRNA和蛋白质水平上均低于HFD组中的shNC小鼠。各组间葡萄糖代谢基因的转录没有明显差异。此外，在HFD组中，与对照小鼠相比，敲低Wdr6后FASN酶活性也较低。结合同位素分析新合成的棕榈酸（FASN的产物）的含量。表明WDR6在IR过程中促进肝脏DNL，在涉及的基因中，Fasn可能是主要靶点。此外，SREBP1c（DNL的关键转录因子）对于WDR6介导的Fasn表达和肝脏TAG沉积的调节作用是重要的，但不是必需的，SREBP1c缺失仅部分阻断这种作用。

肝脏WDR6通过调节脂肪从头合成影响甘油三酯沉积

接着，研究人员进一步探究了WDR6调节FASN表达的机制。通过转录组学、磷酸化蛋白质组学等联合分析，鉴定到一个WDR6的结合蛋白——蛋白磷酸酶PP1的β催化亚基（PPP1CB）及其新的磷酸化位点Thr316。在IR状态下，WDR6与PPP1CB结合增加，降低PPP1CB-Thr316磷酸化水平，进而通过上游刺激因子1（USF1）的介导，促进FASN编码基因的转录和脂肪酸的合成，从而导致肝脏脂质沉积。