研究背景
在肥胖、糖尿病、代谢综合征的人群中，非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)全球患病率高达25%，普通成人非酒精性脂肪性肝炎患病率为3%～6%，并已成为肝硬化、肝细胞癌和肝移植愈来愈重要的因素。NASH发病原因较为复杂，是胰岛素抵抗和遗传易感性密切相关的获得性代谢疾病，作为单纯性脂肪肝发展为肝纤维化的一段病理阶段，该病常见于II型糖尿病、高血压、高血脂以及肥胖患者。NASH的发病机制尚未十分明确，遗传易感性与多元代谢的相互作用可能是其主要发病因素。最近的研究表明，NASH的发病与胰岛素抵抗、氧应激及脂质过氧化损伤、促炎症细胞因子、脂肪细胞因子以及线粒体功能障碍等有相关性。
本研究中，作者特异性敲除了脂肪细胞中的PDK1，并构建了相关的小鼠模型。这些小鼠出现了血糖调控紊乱的症状，并导致糖尿病和NASH的发展。脂肪细胞中无效的胰岛素作用会通过FoxO1过度激活而引发糖尿病和NASH，最终使整个人体的胰岛素抵抗性上升。作者接下来发现抑制5-LO-LTB4-BLT1轴可以抑制胰岛素抵抗的发生，通过抑制FoxO1减少5-LO生成，从而抑制LTB4生成。
Result1A-PDK1敲除小鼠脂肪细胞的胰岛素作用减弱
作者首先交叉培育了仅在其脂肪细胞中敲除PDK1的小鼠，其在10周至12周时整个脂肪组织中PDK1明显减少（图A）。正常小鼠胰岛素诱导PDK1磷酸化Akt的Thr位点，而PDK1KO小鼠中Akt位点没有磷酸化（图B），胰岛素诱导表达的脂肪生成相关基因包括Srebf1和Fasn（图1C）在PDK1KO小鼠的脂肪细胞中中也显著减弱（图C）。而敲除小鼠中血浆有利脂肪酸浓度降低，胰岛素诱导的葡萄糖摄取降低，脂肪生成下降都表明敲除小鼠的代谢下降（图D-F）。这些结果表明在脂肪细胞中PDK1的敲除会明显抑制胰岛素在脂肪细胞中的各种代谢作用，导致脂肪组织质量减少。
Result2A-PDK1KO小鼠代谢异常
与对照组相比，A-PDK1KO小鼠血糖增高、外源性胰岛素降糖作用减弱，出现了胰岛素抵抗和葡萄糖不耐受（图A、B）。而在敲除小鼠的脂肪细胞中，Akt磷酸化受到抑制，血浆胆固醇和甘油三酯浓度增加，肝脏重量也增加（图C-E）。其中肝甘油三酯、肝细胞内脂质积累都明显高于对照组，组织切片也能看到炎症细胞浸润和肺部纤维化（图F、G）。这些结果表明脂肪细胞中PDK1的耗竭产生了胰岛素抵抗、葡萄糖不耐受和肝脂肪细胞变性，而PDK1KO小鼠代谢异常和胰岛素受损也导致了包括肝脏和骨骼肌在内的器官受损。
Result3FoxO1改善A-PDK1KO小鼠代谢异常
FoxO1是一种转录因子，其活性受胰岛素负调节，胰岛素调节其磷酸化导致其从细胞核转移到胞浆。在A-PDK1KO小鼠的脂肪组织内，FOXO1磷酸化受阻仍停留在细胞核内（图A）。作者接下来将研究放在了FoxO1激活是否是导致代谢异常的原因，产生了仅在其脂肪细胞中缺乏FoxO1和PDK1的小鼠。A-PDK1/FoxO1DKO小鼠的高血糖和高胰岛素血症都有了明显的改善，外源性给予胰岛素的降糖作用也有了明显恢复，肝脏和骨骼肌的Akt磷酸化也有恢复（图B-D）。组织切片结果显示肝脏脂肪变性也得到了改善。这些结果表明FoxO1的持续激活在很大程度上是脂肪细胞缺乏PDK1后引起的代谢改变。
敲除FoxO1的小鼠血浆中胆固醇和甘油三酯水平与仅敲除PDK1的小鼠保持一致（图A），说明PDK1KO小鼠的血脂异常不是FoxO1持续激活造成的。而血浆脂联素和瘦素水平也有降低，脂肪重量却没有任何改变（图B、C）。这些结果都表明胰岛素敏感型的恢复与小鼠体内的脂肪因子及脂肪组织无关。
Result4胰岛素信号调节脂肪细胞5-LO-LTB4轴
作者发现在A-PDK1KO小鼠中脂联素和瘦素循环以及脂肪组织炎症都无法解释胰岛素抵抗的发生和恢复，作者接下来主要研究是什么因素和途径在胰岛素抵抗中发挥了作用。作者进行了脂肪组织的微阵列分析来研究PDK1KO小鼠中基因的表达，以及液相-质谱串联法检测促分解脂质介质，检测出70种脂质介质。只有LTB4的浓度在A-PDK1KO和A-PDK1/FoxO1DKO小鼠中上调（图A）。LC-MS质谱分析还显示脂肪组织中LTB4的含量分别在A-PDK1KO和A-PDK1/FoxO1DKO小鼠中增加和正常化（图B）。RT-PCR结果可以看到5-LO在小鼠中上调，这是LTB4生产的限速酶（图C），提示胰岛素可能通过调节脂肪细胞中5-LO的水平来调节LTB4水平。在PDK1KO小鼠分离脂肪细胞中给药FoxO1抑制剂5-LOmRNA丰度回下调（图D）。
作者接下来在SV细胞中进一步研究胰岛素对5-LO-LTB4的影响。胰岛素减少了LTB4产生，并且细胞中5-LOmRNA丰度下调，Akt活化时5-LOmRNA也会下调（图F-H）。给药FoxO1遗址及后，SV细胞中5-LOmRNA丰度也下调了，并且抑制LTB4产生（图I、J）。这些结果表明胰岛素抑制通过下调5-LO的表达产生LTB4，胰岛素的这种作用是由PDK1-FoxO1通路介导的，FoxO1通路对5-LO表达的调节可能是一种普遍现象。
Result5在A-PDK1KO小鼠中抑制5-LO-LTB4-BLT1轴改善胰岛素抵抗
作者接下来将重点放在确认LTB4是否参与了A-PDK1KO小鼠胰岛素抵抗的发病机制。作者培育了A-PDK1KO伴随BLT1KO小鼠，BLT1是LTB4的特异性受体，小鼠的血浆胰岛素浓度低于PDK1KO（图A）。作者给药5-LO抑制剂后，小鼠血浆中LTB4下调，并且降低了小鼠的高胰岛素血症（图B、C），服用BLT拮抗剂也有此效应。通过基因或药物干预获得的结果表明，5-LO-LTB4-BLT1轴有助于A-PDK1KO小鼠胰岛素抵抗的发展。
讨论
脂肪细胞中胰岛素作用不足会导致代谢缺陷，通过FoxO1蛋白的过度活化影响整个身体，进而导致糖尿病和非酒精性脂肪性肝炎的发展。作者首先敲除了脂肪细胞中的PDK1，并构建了相关的小鼠模型。这些小鼠出现了血糖调控紊乱的症状，并导致糖尿病和NASH的发展。脂肪细胞中无效的胰岛素作用会通过FoxO1过度激活而引发糖尿病和NASH，最终使整个人体的胰岛素抵抗性上升。作者接下来发现抑制5-LO-LTB4-BLT1轴可以抑制胰岛素抵抗的发生，通过抑制FoxO1减少5-LO生成，从而抑制LTB4生成。在脂肪细胞特异性PDK1缺乏症的小鼠中，对白三烯B4的产生或功能的抑制可改善糖尿病症状。这项研究表明，糖尿病和NASH是由于脂肪细胞中胰岛素作用不足而发展的，从而导致FoxO1的活化过度以及随后的白三烯B4上调。
NASH的发病机制在此之前一直尚未明确，作者首先发现了胰岛素作用不足与NASH的关系，给其他的研究者开创了一条新思路，并且还发现了胰岛素与白三烯B4之间的联系，为以后开发针对“脂肪细胞中胰岛素作用不足”的NASH药物铺平了道路，也给广大尚无有效治疗药物的NASH患者新的治愈希望。
本文于年4月3日在线发表于PNAS，第一作者是TetsuyaHosooka，YuseiHosokawa通讯作者为WataruOgawa，DivisionofDiabetesandEndocrinology,KobeUniversityGraduateSchoolofMedicine为通讯单位。
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