Metrnl在肝脏糖异生中的作用及机制研究

Hepatic gluconeogenesis, an important event for maintaining blood glucose, is associated with the occurrence and development of diabetes mellitus. Metrnl, which was discovered by our group in 2014, is a novel metabolic regulatory protein. Our previous studies have demonstrated that metrnl can be secreted by adipose tissue, and regulates the adipocytes differentiation and thereby modulates insulin sensitivity. Recently, we found that metrnl may play a key role in the hepatic gluconeogenesis, which needs further investigation. We intend to perform the following studies using liver specific metrnl knockout mice: (1) comparing the basic metabolic conditions such as the body weight and metabolic rate in liver specific metrnl knock mice; (2) investigating the influence of liver specific metrnl knock on gluconeogenic capacity; (3) clarifying the molecular signaling pathways involved in the regulation of metrnl on hepatic gluconeogenesis; (4) demonstrating the involvement of metrnl in the abnormal diabetic condition. Overall, the present study may reveal a new metabolic regulatory role of metrnl, and provide a novel therapeutic target for treatment of diabetes.

肝脏糖异生是维持血糖稳态的重要机制，其紊乱与糖尿病的发生发展密切相关。Metrnl是本课题组2014年发现的一个代谢调控新蛋白。Metrnl可被脂肪组织所分泌并调控脂肪细胞分化，并改善胰岛素抵抗。最近，我们发现metrnl在肝脏的糖代谢尤其是糖异生过程中可能发挥着关键的作用。在本课题中，拟用loxp-cre系统制备的肝脏特异性metrnl敲除小鼠模型，进行以下研究：(1)考察肝脏特异性metrnl敲除对基本代谢情况如体重、新陈代谢速率等的影响；(2)明确肝脏特异性metrnl敲除对肝脏的糖异生过程的影响；(3)探索metrnl调控肝脏糖异生的潜在信号分子通路；(4)阐明metrnl在糖尿病状态下的肝脏异常糖异生中及降糖药物二甲双胍抑制肝脏糖异生作用中的意义。这些研究可明确metrnl在肝脏糖异生中的重要作用及机制，有望为肝脏糖异生提供新的科学认识，并发现潜在的糖尿病药物干预新靶点。

背景：.肝脏糖异生是维持血糖稳态的重要机制，其紊乱与糖尿病的发生发展密切相关。Metrnl是2014年发现的一个代谢调控新蛋白，可被脂肪组织所分泌并调控脂肪细胞分化，并改善胰岛素抵抗。诸多研究表明，metrnl在肝脏的糖代谢尤其是糖异生过程中可能发挥着关键的作用。.主要研究内容及重要结果：.1、长时间禁食后血中、组织中Metrnl含量明显升高。在限食后，脂肪组织中的Metrnl的表达出现下调，而在高脂饮食中，白色脂肪中的Metrnl表达会显著提高，这提示了Metrnl参与了所在组织或器官的能量代谢。.2、肝脏特异性敲除Metrnl后，并没有对小鼠的形态造成影响，体重、肝脏重量没有差异。在正常饮食情况下，两种小鼠的能量消耗量也没有差异。.3、肝脏特异性敲除Metrnl小鼠血脂基本无变化，胰岛β功能未受所受影响，但出现明显的胰岛素抵抗，肝脂含量低于野生型小鼠，肝脏ATP含量低于野生型小鼠，cAMP/ATP含量上升，肝脏内NAD含量明显下降，NAD/NADH比例明显降低，禁食后血糖、肝糖原、血乳酸、血酮体含量均显著低于野生型小鼠。关键的是，丙酮酸耐量测试敲除Metrnl后，肝脏利用丙酮酸生糖的能力大大降低，G6pase、PEPCK、PGC-1α等糖异生相关基因的上升幅度也明显减少。.4、Metrnl缺乏的原代肝细胞产糖能力下降。在胰高血糖素刺激下，敲除小鼠原代肝细胞产生的葡萄糖量明显低于野生型小鼠。在cAMP刺激下的产糖量也是同样的结果。AMPK、CREB、Akt[37]这几个蛋白在禁食后表达水平明显上调，然而在Metrnl缺失后并没有差别。.6、利用ITRAQ技术，进行蛋白组学的试验寻找差异蛋白，初步分析结果表明，Metnrl的缺失使得磷酸化FOXO-1有明显增加，总FOXO-1增加趋势更明显，这一变化与Foxo1的乙酰化水平有关系。因为在禁食后，野生型小鼠肝脏内FOXO-1乙酰化基本消失，而在肝脏特异性敲除Metrnl小鼠肝脏中乙酰化FOXO-1却大量增加，这一变化可能与NRC5调控的Foxo1入核速度有关。.科学意义：本研究有望发现糖异生新的生物学调控机制，为糖尿病的新药发展提供新的药物开发靶点。