骨骼肌细胞中PKCzeta调控高脂诱导CD36转位的机制及其与胰岛素抵抗的关系研究

Fatty acid transporter CD36 plays key roles in facilitating and regulating fatty acid uptake in skeletal muscle cells. However, the permanent plasma membrane (PM) retention of CD36 in response to fatty acid oversupply may promote fatty acid uptake, which closely relates to insulin resistance. The mechanism of the CD36 translocation elicited by fatty acid still remains unclear. Our previous study revealed that both PKCzeta activity and cell surface CD36 increased upon fatty acid stimulation at the early stage when insulin resistance did not occur yet. Furthermore, the distribution of CD36 on PM deceased significantly when PKCzeta activation was inhibited. We therefore speculate that fatty acid may increase PM CD36 and enhance fatty acid uptake via PKCzeta activation. This proposed project aims to use high fat diet-fed SD rats and palmitate-induced L6 skeletal muscle cells as models to investigate the molecular mechanism of PKCzeta in regulating CD36 distribution and its relationship with insulin resistance during fatty acid stimulation. The implementation of the work may not only help us to further understand the pathogenesis of insulin resistance caused by dyslipidemia, but also provide promising therapeutic targets for drug development and intervention.

脂肪酸转运蛋白CD36对骨骼肌细胞摄取脂肪酸具有重要的促进和调控功能。但过量的脂肪酸供应会导致CD36在细胞膜上长期驻留，使细胞对脂肪酸的摄取增加，最终引发胰岛素抵抗。但是脂肪酸诱导CD36转位的机制还不清楚。我们的研究揭示，脂肪酸在尚未引起肌细胞胰岛素抵抗时就可激活蛋白激酶Czeta（PKCzeta）、增加CD36在细胞膜上的分布，而PKCzeta活性被抑制后，细胞膜上的CD36明显减少。由此我们推测脂肪酸可能通过激活PKCzeta来促进CD36向细胞膜迁移，导致细胞对脂肪酸的过量摄取。本课题将以高脂饮食喂养的SD大鼠和棕榈酸诱导的L6骨骼肌细胞为模型，探讨在高脂条件下，骨骼肌细胞中PKCzeta调控CD36转位的分子机制及其与胰岛素抵抗的关系。本课题的实施有助于我们进一步了解血脂异常导致胰岛素抵抗的发病机理，并可为药物开发与干涉治疗提供有价值的靶点。

肥胖已成世界范围内危害人类健康的疾病，同时也是引发2型糖尿病的重要因素。骨骼肌对于体内糖代谢稳态发挥着关键的作用，因为胰岛素作用下，超过80%的葡萄糖被骨骼肌摄取。骨骼肌细胞胰岛素抵抗可形成2型糖尿病。肥胖状态下可导致对骨骼肌细胞过量供应脂肪酸，从而诱导脂肪酸转运蛋白CD36在骨骼肌细胞膜上大量分布，促进骨骼肌细胞过量摄取脂肪酸，最终导致骨骼肌细胞胰岛素抵抗。但是脂肪酸诱导CD36上膜的分子机制不明。本研究以高脂喂养的小鼠和棕榈酸/油酸刺激的骨骼肌细胞为模型，通过胰岛素和葡萄糖耐力测试、骨骼肌组织中脂类含量测试、葡萄糖和脂肪酸摄取检测、相关基因过表达和敲除实验、蛋白印迹与免疫沉淀/荧光实验以及蛋白激酶活性检测等方法来研究骨骼肌细胞胰岛素抵抗发生前，高脂诱导CD36上膜的分子机制。.我们的研究结果显示，高脂条件下，在细胞膜上分布的少量CD36先结合细胞外脂肪酸，继而在细胞内引发信号通路传导，导致AMPK和Rac1被活化。AMPK再激活PKCζ并同时磷酸化TBC1D1。Rac1可通过激活的PKCζ导致位于细胞膜下面的肌动蛋白结构发生重塑，进而引发细胞膜出现褶皱。磷酸化的TBC1D1可释放细胞质中滞留的CD36囊泡向细胞膜迁移，然后CD36插入到细胞膜出现褶皱的位置，最终促使细胞摄取脂肪酸。因此高脂可通过PKCζ和TBC1D1引发一个CD36肌膜易位的正反馈调控，促使更多的CD36分布在细胞膜上。本研究的结果揭示了高脂导致胰岛素抵抗的早期事件，为临床治疗因脂代谢紊乱引发的胰岛素抵抗和2型糖尿病提供了理论基础。. 在上述实验结果的基础上，我们又进行了1）高脂条件下CD36通过Fyn和AMPK引发胰腺β细胞功能受损和凋亡的研究；2）CD36介导高脂诱导肺癌细胞生长和转移的研究。实验结果显示CD36除了作为脂肪酸转运蛋白，可作为细胞膜上的信号分子调控细胞的生长。这对于临床上增强胰岛β细胞功能以及靶向治疗肺癌提供了有价值的靶点。