PTPRK調(diào)節(jié)糖酵解和從頭脂肪生成以促進(jìn)肥胖癥中的肝細(xì)胞代謝重編程

各位讀者好，今天為大家?guī)硪黄?strong>國自然熱點(diǎn)糖酵解和代謝重編程的基礎(chǔ)上結(jié)合了包括蛋白質(zhì)組和代謝組在內(nèi)的多組學(xué)分析進(jìn)行研究的高分文章，是由國外研究團(tuán)隊(duì)2024年11月4日在Nature Communications發(fā)表的，題為“PTPRK regulates glycolysis and de novo lipogenesis to promote hepatocyte metabolic reprogramming in obesity"。揭示了PTPRK在調(diào)節(jié)肥胖肝糖酵解、脂質(zhì)代謝和腫瘤發(fā)展中的重要作用。

現(xiàn)代飲食和生活方式對人體能量平衡控制機(jī)制構(gòu)成挑戰(zhàn)。肥胖是一種代謝性疾病，與肝臟代謝紊亂密切相關(guān)。肥胖狀態(tài)下，肝臟會(huì)發(fā)生代謝重編程，包括脂肪積累、糖酵解和從頭脂肪生成的增強(qiáng)，可能發(fā)展為代謝功能障礙相關(guān)的脂肪性肝病（MASLD）以及肝細(xì)胞癌（HCC）。在這個(gè)過程中，肝臟的蛋白酪an酸磷酸酶（PTPs）表達(dá)失調(diào)，但此前缺乏對肥胖狀態(tài)下肝臟PTPs的綜合研究。其中PTPRK是一種跨膜受體，其在細(xì)胞信號傳導(dǎo)中的作用尚未明確。

該研究發(fā)現(xiàn)肥胖會(huì)導(dǎo)致PTPRK在脂肪肝細(xì)胞中增加，并與PPARγ誘導(dǎo)的脂肪生成信號正相關(guān)。通過對小鼠和細(xì)胞模型的研究，發(fā)現(xiàn)PTPRK缺失可減輕體重增加和肝臟脂肪積累，其通過調(diào)節(jié)果糖-1,6-二磷酸酶1和糖酵解影響代謝重編程，促進(jìn)肝細(xì)胞的糖酵解和脂肪生成，還與肝臟腫瘤發(fā)展有關(guān)。研究揭示了PTPRK在肥胖相關(guān)肝臟疾病中的關(guān)鍵作用，為治療提供了潛在靶點(diǎn)。

研究框架：

1. 研究問題

    肥胖導(dǎo)致肝臟代謝紊亂，作者關(guān)注蛋白酪an酸磷酸酶（PTPs）在其中的作用，尤其是PTPRK。

2. 研究思路

    研究PTPRK在肥胖相關(guān)肝臟疾病中的表達(dá)、調(diào)控機(jī)制及其對代謝和腫瘤發(fā)展的影響。3. 研究方法

    使用多種小鼠模型和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，包括基因敲除、過表達(dá)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)等技術(shù)。

4. 分析數(shù)據(jù)

    通過液相色譜 - 串聯(lián)質(zhì)譜分析肝臟樣本的蛋白質(zhì)組和PTP表達(dá)模式，結(jié)合生物信息學(xué)分析確定相關(guān)代謝途徑和靶點(diǎn)。

5. 得出結(jié)論

    PTPRK在肥胖相關(guān)的肝臟脂肪變性和腫瘤發(fā)展中起關(guān)鍵作用，通過調(diào)節(jié)糖酵解和脂質(zhì)代謝影響疾病進(jìn)程，可作為治療靶點(diǎn)。

結(jié)果解析：

1. 肝臟PTP表達(dá)在肥胖相關(guān)肝損傷中失調(diào)

通過對人肝樣本進(jìn)行蛋白質(zhì)組和PTP表達(dá)模式分析，研究者發(fā)現(xiàn)不同肝臟疾病階段蛋白表達(dá)和樣本異質(zhì)性存在差異，代謝相關(guān)通路存在激活和抑制變化。同時(shí)在樣本中鑒定出多種PTP蛋白，其中一些在不同疾病階段表達(dá)有差異，此外還發(fā)現(xiàn)PTPRK在脂肪變性和MASH的肝臟中表達(dá)升高。隨著疾病的發(fā)作，PTPome的顯著重塑表明了其在脂肪積累和肝功能障礙中的潛在致病作用。

2. 肥胖狀態(tài)下肝細(xì)胞PTPRK被誘導(dǎo)表達(dá)且與PPARγ正相關(guān)

接下來研究者利用構(gòu)建肥胖小鼠模型來探究PTPRK在肝臟中的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高脂飲食導(dǎo)致體重增加等代謝問題，而PTPRK在肝臟中的表達(dá)增強(qiáng)且與PPARγ上調(diào)相關(guān)，同時(shí)PTPRK的轉(zhuǎn)錄水平與PPARγ正相關(guān)。此外在原代小鼠肝細(xì)胞培養(yǎng)中，隨著脂質(zhì)積累，PTPRK和PPARγ蛋白水平增加，且受Notch等多種信號通路的調(diào)節(jié)。

3. PTPRK缺失可減輕小鼠飲食誘導(dǎo)的肥胖、胰島素抵抗和肝脂肪變性

緊接著研究者用HFHFHCD小鼠對PTPRK的代謝相關(guān)性進(jìn)行評估。結(jié)果顯示PTPRK基因敲除小鼠在正常飲食下體重和脂肪積累影響較小，但在高脂高糖高固醇飲食下，體重、脂肪量、胰島素水平等指標(biāo)均顯著低于野生型小鼠，且能量消耗增加。同時(shí)發(fā)現(xiàn)PTPRK缺失小鼠肝臟中脂質(zhì)積累減少，胰島素信號通路相關(guān)蛋白磷酸化水平改變。

4. 肝細(xì)胞營養(yǎng)驅(qū)動(dòng)的代謝重編程受PTPRK表達(dá)影響

然后研究者繼續(xù)通過HFHFHCD小鼠探究受影響的脂肪生成途徑。在高脂高糖高固醇飲食喂養(yǎng)的小鼠中，PTPRK缺失導(dǎo)致肝臟中PPARγ及其相關(guān)脂代謝酶和轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)降低。通過腺病毒介導(dǎo)PTPRK在小鼠肝臟中過表達(dá)可逆轉(zhuǎn)PTPRK缺失小鼠的肝臟表型。

5. FBP1是肝細(xì)胞脂肪變性過程中PTPRK的底物

后續(xù)研究者對不同脂肪含量的肝細(xì)胞進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)PTPRK與PPARγ呈正相關(guān)，且PTPRK缺失影響肝細(xì)胞中一些與脂肪酸攝取和代謝相關(guān)基因的表達(dá)。通過RNA - Seq和蛋白質(zhì)組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)PTPRK缺失主要影響低脂肪肝細(xì)胞中基因的轉(zhuǎn)錄，且與多種代謝通路相關(guān)。此外研究者鑒定出FBP1是PTPRK的底物，其磷酸化位點(diǎn)在PTPRK缺失的脂肪變性肝細(xì)胞中發(fā)生改變，且發(fā)現(xiàn)PTPRK與FBP1存在相互作用，影響葡萄糖代謝。

6. PTPRK缺失誘導(dǎo)飲食誘導(dǎo)肥胖過程中肝臟的代謝重編程

后續(xù)研究者在對原代小鼠肝細(xì)胞進(jìn)行PTPRK過表達(dá)或沉默培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，PTPRK過表達(dá)增加糖酵解活性、細(xì)胞外酸化率和脂質(zhì)積累，PTPRK缺失則相反，且影響相關(guān)代謝通路中代謝物的水平。并且與作者的假設(shè)一致，FBP1抑制增強(qiáng)了PTPRK敲除的肝細(xì)胞中的PPARγ和脂肪積累。

然后研究者進(jìn)行了代謝物示蹤實(shí)驗(yàn)，以比較PTK過表達(dá)和沉默對肝細(xì)胞中糖酵解通量的影響。結(jié)果表明糖酵解的后期階段甘油醛-3-磷酸的轉(zhuǎn)化增強(qiáng)。

此外在高脂高糖高固醇飲食喂養(yǎng)的小鼠肝臟中，研究者用質(zhì)譜法測定小鼠的肝臟代謝物，發(fā)現(xiàn)PTPRK缺失影響多種代謝物水平。這些結(jié)果提示PTPRK通過刺激糖酵解和PPARγ誘導(dǎo)間接導(dǎo)致脂肪變性，也直接影響脂肪酸酯化和脂質(zhì)滴形成。

7. PTPRK促進(jìn)肥胖相關(guān)肝癌中的肝細(xì)胞轉(zhuǎn)化

研究者在人肝臟樣本中發(fā)現(xiàn)，PTPRK mRNA表達(dá)水平與糖酵解和脂肪生成基因的表達(dá)相關(guān)，在腫瘤樣本中與多種代謝通路激活相關(guān)。在小鼠實(shí)驗(yàn)中，PTPRK缺失會(huì)減少肝臟腫瘤數(shù)量和大小，同時(shí)在肝癌細(xì)胞系中沉默PTPRK可以降低細(xì)胞集落形成能力。

研究結(jié)論：

PTPRK在肥胖相關(guān)的肝臟疾病中起關(guān)鍵作用，其在脂肪肝細(xì)胞中上調(diào)，與PPARγ誘導(dǎo)的脂肪生成信號正相關(guān)。PTPRK通過調(diào)節(jié)糖酵解和脂質(zhì)代謝，促進(jìn)肝細(xì)胞代謝重編程，影響肝臟腫瘤的發(fā)展。

研究的創(chuàng)新性：

揭示了PTPRK在肝臟代謝中的作用，包括其對糖酵解和脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制，以及在肝臟腫瘤發(fā)展中的作用。

研究的不足之處：

研究主要集中在小鼠模型和細(xì)胞系中，缺乏對人類疾病的直接證據(jù)。此外，研究沒有探討PTPRK的上游調(diào)節(jié)機(jī)制。

研究展望：

未來的研究可以進(jìn)一步探討PTPRK在人類疾病中的作用，以及其上游調(diào)節(jié)機(jī)制。此外，可以研究PTPRK作為治療靶點(diǎn)的潛力。

研究意義：

    本研究為肥胖相關(guān)的肝臟疾病的治療提供了新的靶點(diǎn)和思路，有助于深入了解肝臟代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制。