哈工大最新Science论文：陈政团队发现糖脂代谢稳态整合调控新机制

哈尔滨工业大学陈政团队在国际顶尖学术期刊 Science 上发表了题为：Liver ALKBH5 regulates glucose and lipid homeostasis independently through GCGR and mTORC1 signaling 的研究论文。

该研究揭示了肝脏 ALKBH5 通过两种独立机制调控胰高血糖素受体（GCGR）和 mTORC1 信号通路，进而整合调控糖脂代谢稳态的作用机制。

陈政团队从 RNA 结合蛋白（RBP）角度研究认识代谢稳态调控和代谢性疾病发病机制。RNA 结合蛋白是一类结合 RNA 双链和单链的蛋白，可以调控很多 RNA 加工过程，包括 RNA 加帽、加尾、修饰、可变剪切、转运、定位、稳定性和翻译等。很多 RNA 结合蛋白是维持生命活动所必需，但是有些实验证据提示某些 RNA 结合蛋白可以响应激素和营养状态变化，调控糖代谢或脂代谢稳态，进而调节代谢性疾病发生。陈政团队将这些 RNA 结合蛋白命名为代谢相关 RNA 结合蛋白（Metabolism-related RNA-binding proteins），并提出新观点——某些代谢相关 RNA 结合蛋白可以整合调控糖脂代谢稳态，并调控代谢性疾病的发生。

为筛选出潜在的整合调控糖脂代谢稳态的代谢相关 RNA 结合蛋白，陈政团队建立了具有创新性的筛选策略，筛选出既含有 PKA 识别 motif（RRXS/T）、又可被胰高血糖素- cAMP-PKA 磷酸化、并在代谢性疾病模型 db/db BKS 小鼠肝脏中显著上调的 RNA 结合蛋白，从而鉴定出具有潜在的糖脂代谢整合调控功能的代谢相关肝脏 RNA 结合蛋白。通过定量蛋白质组、PKA 识别 motif 分析和磷酸化蛋白质组分析，筛选出代谢相关肝脏 RNA 结合蛋白——ALKBH5（mRNA m⁶A 去甲基化酶）。

陈政团队发现，ALKBH5 在肥胖糖尿病小鼠和病人肝脏中异常高表达，而且它响应胰高血糖素-PKA 信号，在 S362 位点发生磷酸化，导致其从细胞核转移到细胞浆，结合 Gcgr mRNA m⁶A 修饰区域，引起 m⁶A 去甲基化，稳定 Gcgr mRNA，维持 GCGR 信号通路和糖代谢稳态。S362 位点磷酸化和去甲基化酶活在维持 GCGR 信号通路和糖代谢稳态中至关重要。小鼠肝实质细胞特异 Alkbh5 基因敲除（Alkbh5-HKO）或 S362A 突变降低了 GCGR 表达和下游信号通路，出现相对低的血糖，并抵抗高脂诱导的高血糖和糖耐量损伤。

与 ALKBH5 WT 相比，其去甲基化酶活突变不能逆转 Alkbh5-HKO 导致的 GCGR 信号通路下降和血糖下降的表型，也不能增强 GCGR 信号通路和促进肝脏糖异生。小鼠肝实质细胞特异敲除 Alkbh5 抵抗高脂诱导的代谢相关脂肪性肝病、高脂血症和肝损伤，主要原因是 PI3K-AKT-mTORC1-SREBP 信号、脂质合成相关蛋白（SCD1和FASN）和自由脂肪酸摄取相关蛋白 CD36 均明显下调。然而，PI3K 的经典上游胰岛素受体（Insulin receptor，INSR）在 Alkbh5-HKO 小鼠肝脏中的表达及活化没有变化。经过对32个可以激活 PI3K 的受体酪氨酸激酶（Receptor tyrosine kinase，RTKs）进行分析，确定了 EGFR 的表达和磷酸化降低是 Alkbh5-HKO 导致 PI3K-mTORC1 信号通路下降的主要原因。在 Alkbh5-HKO 小鼠肝脏中回补 EGFR，可以逆转 PI3K-mTORC1 信号通路，进而逆转缓解的代谢相关脂肪性肝病和血脂表型。

在分子机制方面，ALKBH5 以不依赖去甲基化酶活，而依赖两个 loop Q145-G152 and C231-E242 特异结合 Egfr 增强子 DNA，促进 Egfr 转录，调控 EGFR-PI3K-mTORC1 信号通路和脂代谢稳态。在 Alkbh5-HKO 小鼠肝脏中回补 GCGR 可以逆转血糖表型，但没有影响代谢相关脂肪性肝病和血脂表型；而在 Alkbh5-HKO 小鼠肝脏中回补 EGFR，可以逆转缓解的代谢相关脂肪性肝病和血脂表型，但没有影响血糖表型。去甲基化酶活突变体 H205A 不能逆转 GCGR 信号通路和血糖表型，但可以逆转 EGFR-mTORC1 信号通路和代谢相关脂肪性肝病及血脂表型；而 loop 缺失突变体 ΔQ145-G152 或 ΔC231-E242 不能逆转 EGFR-mTORC1 信号通路和代谢相关脂肪性肝病及血脂表型，但可以逆转 GCGR 信号通路和血糖表型。这些数据揭示了 ALKBH5 以两种独立机制调控 GCGR 和 EGFR-mTORC1 信号通路，进而整合调控糖脂代谢稳态。

最后，为了研究靶向肝脏 ALKBH5 的治疗潜力，陈政团队使用靶向肝脏 Alkbh5 mRNA 的 AAV-shRNA 或 GalNAc 偶联修饰 siRNA，发现它们均能很好地降低肝脏 ALKBH5 水平，可有效降低糖尿病小鼠（db/db BKS小鼠）的高血糖和高脂血症，并缓解代谢相关脂肪性肝病，为代谢性疾病药物开发提供了新靶点。

肝脏代谢相关RNA结合蛋白ALKBH5整合调控糖脂代谢稳态的作用机制模式图

陈政研究员为该论文的通讯作者，博士研究生丁凯欣、张志鹏和韩正滨副教授为该论文的并列第一作者。团队成员石磊、李新志、刘玉桐和李振智参与部分工作。蛋白质谱实验得到赵冲冲、王志强和赵一夔的帮助，蛋白结构分析得到何元政和李明晖研究员的支持。该研究还得到广东省科学院微生物研究所谢黎炜研究员、哈尔滨医科大学崔逸峰主治医师、北京大学陈晓伟实验室和复旦大学黄河实验室的大力支持。