DNER在胰岛素信号抑制肝葡萄糖异生中的作用

Increased hepatic insulin resistance and gluconeogenesis are the major causes of hyperglycemia and diabetic-related organ damage in patients with type 2 diabetes. Insulin controls gluconeogenesis through the PI3K/Akt signaling pathway. However, other signaling pathways have also been reported to interplay with insulin signaling pathway, thereby affecting hepatic gluconeogenesis. Our preliminary data found that 1) DNER can positively mediate insulin signaling and inhibit hepatic gluconeogenesis; 2) insulin can phosphorylate DNER; 3) DNER overexpression can lead to the degradation of TRB3, an endogenous inhibitor of Akt. Combined with literatures, we herein hypothesize that DNER may undergo phosphorylation by insulin and thus regulates the TRB3/Akt signaling pathway, thereby affecting the effect of insulin on hepatic gluconeogenesis. This project intends to investigate the specific role of DNER in inhibiting hepatic gluconeogenesis in vitro and in vivo and to elucidate its molecular mechanism and signal transduction pathway. The potential results from the project will help to uncover a novel insulin signaling, deepen the theoretical understanding of the pathogenesis of type 2 diabetes, and also provide a new target for the development of new anti-diabetic drugs.

2型糖尿病患者增加的肝胰岛素抵抗和肝葡萄糖异生是高血糖、以及糖尿病器官损伤的主要原因之一。胰岛素主要通过PI3K/Akt等信号途径控制肝葡萄糖异生。然而，其他信号途径也可与胰岛素信号相互作用，并影响肝葡萄糖异生活动。申请者发现：①DNER可正向调节胰岛素信号，并抑制肝细胞葡萄糖异生；②胰岛素可使DNER发生酪氨酸磷酸化；③过度表达DNER可导致Akt抑制蛋白TRB3的降解和Akt磷酸化的增加。结合文献资料，申请者提出如下假说：胰岛素诱导DNER酪氨酸磷酸化，并由此介导TRB3蛋白降解，激活Akt信号通路，调节胰岛素对肝葡萄糖异生的抑制作用。本课题将从离体和在体2个层面，系统探讨DNER在胰岛素抑制肝细胞葡萄糖异生中的具体作用，拟阐明其分子机制和信号转导途径。其结果将揭示新的胰岛素信号通路，加深对糖尿病发病机制的理论认识，并可为抗糖尿病新药的研发提供新靶点。

肝胰岛素抵抗可导致肝葡萄糖异生的增加，是2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）患者空腹血糖增加的主要原因之一。然而，胰岛素依赖的肝葡萄糖异生抑制的受损机制仍然不清楚。最近，通过全基因组关联研究，DNER (Delta/Notch-like epidermal growth factor (EGF)-related receptor)，一个最初被认为是神经元特异性的Notch配体，被确定为T2DM的易感基因。在本项目研究中，我们发现：DNER通过泛素-蛋白酶体降解途径抑制内源性Akt抑制剂TRB3（Tribbles Homolog 3）来增强糖异生中的肝胰岛素信号传导。在AML-12肝细胞中，胰岛素刺激的Akt活化和糖异生抑制被DNER敲低所减弱，但因DNER过度表达而增强。在C57BL/6J小鼠中，特异性敲低肝DNER可导致小鼠葡萄糖耐量受损。此外，TRB3敲低或过表达可分别挽救因DNER敲低或过表达所致的对Akt活性和肝糖异生的相关效应。同时，我们还发现：胰岛素刺激可增加DNER与胰岛素受体的直接相互作用；而且，胰岛素刺激可导致DNER在Tyr677位点的磷酸化。Tyr677位点的特异性磷酸化对于DNER通过直接与TRB3相互作用，并诱导TRB3蛋白酶体依赖性降解，由此来上调Akt活性，然后下调肝葡萄糖异生调节基因G6Pase和PEPCK的表达等至关重要。上述结果提示：胰岛素可刺激DNER酪氨酸磷酸化，并由此介导TRB3蛋白降解，激活Akt信号通路，调节胰岛素对肝葡萄糖异生的抑制作用。胰岛素/Akt和DNER/TRB3信号途径之间的串扰（crosstalk）代表了胰岛素调节肝糖异生的先前未被识别的机制。