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现代社会,伴随着全球经济的发展以及人们生活水平的提升,更多的人群出现了不同程度的代谢综合征,这严重影响了人们的健康和生活质量。AMPK蛋白是生物体内非常重要的一种感知能量状况、调节分解代谢的激酶,其活性的改变会直接或间接的调控相关代谢综合征的进程。TBC1D1是一种小G蛋白活化蛋白,之前的研究结果指出AMPK激酶可以磷酸化调控TBC1D1蛋白上第231位点丝氨酸的磷酸化水平以改变TBC1D1蛋白的GAP酶活性,但到目前为止该调控通路在生物体内的生理学意义一直没有研究清楚。为此,我们实验室构建了一个全身性的TBC1D1蛋白第231位点丝氨酸失活突变为丙氨酸的小鼠,简称为TBC1D1S231A突变小鼠,该突变小鼠可以全身性的阻断TBC1D1蛋白上第231位点丝氨酸的磷酸化。在正常饮食的条件下,我们发现该突变小鼠会出现伴随年龄的肥胖的表型并且在老龄的时候出现严重的高胆固醇、高血糖、高胰岛素、胰岛素抵抗和非酒精性脂肪肝等在内的代谢综合征。作用机制的研究上,我们发现TBC1D1和Rab8A都可以部分锚定在IGF1分泌的囊泡上进而调控IGF1蛋白的分泌水平。对于TBC1D1蛋白突变小鼠进一步的研究发现,该突变小鼠通过全身性的增加其底物小G蛋白Rab8A-GDP结合形式的比例来增加IGF1囊泡的内分泌、旁分泌以及自分泌的分泌速率。高分泌水平的IGF1蛋白既可以通过激活IGF1 Receptor-PKB(AKT)-TSC2-mTORC 1-Lipin 1-Srebp 1-Lipogenesis信号通路以增加小鼠脂肪组织中的脂肪酸合成,又可以通过激活 IGF1 Receptor-PKB(AKT)-TSC2-mTORC1-S6K 信号通路和4EBP1、GSK3、FOXO1等相关蛋白的活性促进小鼠全身组织细胞的蛋白质合成。最后,TBC1D1S231A突变小鼠中显著性增加的生长速率和脂质积累导致了老龄的超重、肥胖以及相关的代谢综合征。为进一步的研究AMPK激酶以及相关信号通路对IGF1囊泡分泌水平的调节,在肝脏原代细胞中我们发现降低LKB1蛋白以及AMPK激酶的活性可以间接的引起IGF1蛋白的高分泌,从而活化IGF1 Receptor-PKB(AKT)信号通路,增加细胞的合成代谢。同时为了深入的探究TBC1D1蛋白对IGF1囊泡分泌水平的调控机制,我们也构建了 TBC1D1蛋白全身性敲除的小鼠。通过对TBC1D1蛋白全身性敲除小鼠的分析,我们发现由于TBC1D1蛋白的敲除,小鼠出现了严重滞后的生长速率以及减少的脂肪积累,但引起该表型的具体作用机制目前仍处于研究中。为了更进一步的验证TBC1D1S231A突变小鼠所产生的肥胖是通过增加IGF1蛋白的分泌水平引起的,我们构建了 TBC1D1S231A/IGF1+/-的小鼠,即在TBC1D1S231A突变小鼠的基础上半敲IGF1基因以恢复全身的IGF1分泌水平到野生型小鼠的程度。结果表明,通过恢复IGF1蛋白的分泌水平,TBC1D1S231A/IGF1+/-小鼠可以显著性的失活 IGF1 Receptor-PKB(AKT)-TSC2-mTORC1-Lipin1-Srebp1-Lipogenesis信号通路并最终降低脂肪组织中的脂肪酸合成;也可以通过失活IGF1 Receptor-PKB(AKT)-TSC2-mTORC1-S6K信号通路减缓小鼠的蛋白质合成和生长速率。最终,TBC1D1S231A/IGF1+/-小鼠相对于TBC1D1S231A突变小鼠具有生长缓慢以及抵抗肥胖的表型。综合以上的研究结果,通过构建和分析TBC1D1S231A突变以及TBC1D1S231A/IGF1+/-的小鼠,我们发现全身性的抑制LKB1-AMPK-TBC1D1信号通路的活性,会通过增加Rab8A-GDP结合形式的比例上调IGF1蛋白的内分泌、旁分泌以及自分泌的分泌速率。而高分泌的IGF1蛋白会通过激活IGF1 Receptor-PKB(AKT)-TSC2-mTORC1相关的信号通路,产生显著性增加的脂肪酸和蛋白质合成水平。随着年龄的增长,小鼠会出现老龄的高胆固醇、高血糖、高胰岛素、胰岛素抵抗和非酒精性脂肪肝等在内的代谢综合征。意义上,该研究利用相关的小鼠模型首次提出了 AMPK-TBC1D1-Rab8A信号通路对IGF1蛋白分泌水平的调控机制,这极大的完善了 LKB1蛋白、AMPK蛋白和Rab8A蛋白的细胞生物学功能。与此同时研究结果又有效的回答了 AMPK激酶磷酸化调控TBC1D1蛋白的生理学意义,即通过调节IGF1蛋白的分泌水平介导全身的葡萄糖、脂肪酸代谢稳态。相关结果也深入解析了 IGF1蛋白分泌调控的新机制,这对于研究IGF1蛋白的生理学功能提供了新的思路和方法。研究结果指出生物体可以通过调节IGF1蛋白的分泌水平来平衡LKB1-AMPK-TBC1D1 信号通路和 IGF1 Receptor-PKB(AKT)-mTORC1 信号通路的稳态,进而改变机体分解代谢与合成代谢之间的平衡。在相关疾病的预防和治疗上,该调控机制的异常在正常饮食的情况下就会改变全身的脂质合成和蛋白质合成速率,调节肥胖以及代谢综合征的进程。该机制的阐明给未来相关药物的开发以及相关疾病的治疗提供了新的思路和方法。