GCK-MODY患者中脂质谱的时变改变及微血管并发症

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease》：Duration-dependent alterations of lipid profiles and microvascular complications in GCK-MODY

GCK-MODY患者长期受饮食影响，高脂早期改善脂代谢和肾损伤，但后期转为肾损伤恶化，揭示NF-κB和PPAR信号通路动态调控机制。

　　

黄雅迪|范雨欣|刘阳|刘轩|李伟|杨颖|张子月|马世峰|季淑辉|陈珊珊|舒华|冯文莉|王昆仑|何晴|齐文军|刘明|李欣|范宇

天津医科大学总医院内分泌与代谢科，中国天津 300052

摘要

葡萄糖激酶（GCK）基因的杂合失活突变会导致青年型2型糖尿病（GCK-MODY），这是一种以持续高血糖和低并发症风险为特征的单基因糖尿病亚型。然而，不同饮食模式对GCK-MODY患者脂质代谢和慢性并发症的长期影响仍知之甚少。在本研究中，我们使用了一种携带新型MODY相关突变GCK-Q26L（以下简称GCK^Mut）的敲入小鼠模型，系统地研究了年龄和饮食对脂质稳态及微血管病理的影响。喂食正常饮食的GCK^Mut小鼠在60周时出现了进行性肾损伤，表现为NF-κB通路的激活以及促炎和纤维化介质的上调。相比之下，喂食高脂饮食的GCK^Mut小鼠在28周时脂质谱得到改善，肾损伤减轻，这可能与PPAR驱动的脂肪酸氧化有关。然而，这些益处在40周时减弱，并在60周时又恢复为血脂异常和肾病。这些发现表明，GCK的失活对肾代谢和微血管完整性具有显著的年龄和饮食依赖性影响。该研究突显了GCK-MODY患者长期风险的潜在性，并为机制研究和治疗探索提供了有用的模型。

引言

葡萄糖激酶（GCK）是己糖激酶家族的关键成员，在胰腺β细胞和肝细胞中催化葡萄糖磷酸化为葡萄糖-6-磷酸，是葡萄糖代谢的初始限速步骤[[1], [2], [3]]。GCK基因的杂合失活突变会导致青年型2型糖尿病（GCK-MODY），这是最常见的单基因糖尿病类型之一[[4], [5], [6]]。GCK-MODY患者通常表现为轻度、稳定的空腹高血糖，且血脂谱通常正常或甚至有利[[7,8]]。与其他类型的糖尿病不同，GCK-MODY通常不伴随进行性的β细胞功能衰竭或慢性并发症[[9]]。因此，目前的临床指南建议在大多数情况下不采用降糖治疗，除非在怀孕期间[[10,11]]。然而，这种低风险特征可能忽略了在不同营养和环境条件下的潜在长期代谢和微血管变化。

血脂异常是一种已知的代谢紊乱，不仅伴随糖尿病发生，还对其进展和并发症有因果作用[[12,13]]。糖尿病肾病（DKD）是糖尿病的主要微血管并发症，主要由慢性炎症、细胞外基质（ECM）重塑和代谢应激驱动[[14], [15], [16]]。尽管在1型和2型糖尿病中进行了大量研究[[17,18]]，但由于诊断病例较少以及对其临床进程的良性认知，GCK-MODY患者的长期肾脏结局评估仍较为罕见。此外，不同饮食模式对GCK-MODY患者脂质代谢和肾病理的影响尚不明确。鉴于慢性高血糖与影响肾脏、神经和血管的微血管并发症之间的关联[[19,20]]，研究GCK失活对脂质代谢和微血管健康的长期影响至关重要。

越来越多的证据表明，过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARs），特别是PPARα和PPARγ，可促进脂肪酸氧化，并在肾脏中发挥抗炎和抗纤维化作用[[21], [22], [23]]。相反，核因子κB（NF-κB）通路的激活会促进促炎细胞因子和纤维化介质的转录，从而导致进行性肾损伤[[24], [25], [26]]。更好地理解GCK失活如何与衰老和饮食因素相互作用，从而影响这些信号通路，可能揭示代谢适应和损伤转变的关键机制。

为了解决这些空白，我们之前建立了一种携带MODY相关突变GCK-Q26L的小鼠模型。该突变来自一个早发糖尿病家族，患者从其父亲那里继承了这一突变，父亲的临床表现符合GCK-MODY的特点，为这一突变的致病性提供了临床支持。与临床观察一致，GCK-Q26L敲入小鼠（以下简称GCK^Mut）再现了GCK-MODY的核心生化缺陷，包括轻度空腹高血糖和葡萄糖刺激的胰岛素分泌受损（GSIS），同时对氯化钾的反应性胰岛素分泌正常（KSIS）。这些发现表明，GCK^Mut模型准确再现了人类GCK-MODY的关键特征，为研究年龄和饮食依赖性的代谢和肾脏变化提供了生理相关的平台[[27]]。

在本研究中，我们利用该模型研究了年龄和饮食对脂质代谢和肾病理的影响。具体来说，我们关注了高脂饮食下GCK^Mut小鼠早期的PPAR信号通路保护作用以及正常饮食条件下晚期的NF-κB驱动的炎症激活。我们的发现揭示了一种从代谢到炎症的动态转变，这可能是GCK-MODY患者肾并发症随年龄进展的机制基础，为治疗评估提供了临床前平台。

动物模型

从SPF Biotechnology公司获得了C57BL/6J野生型（WT）雄性小鼠。按照先前的方法生成了全身GCK-Q26L敲入小鼠（GCK^Mut）[[27]]。WT和GCK^Mut雄性小鼠被随机分配到实验组。从4周龄开始，小鼠分别喂食正常饮食（ND；20%蛋白质，4%脂肪，5%纤维，SCXK(Lu)2018–0003）或高脂饮食（HFD；20%蛋白质，60%脂肪，20%碳水化合物，D12492，Research Diets）。所有小鼠均饲养在无特定病原体的环境中

GCK^Mut小鼠表现出稳定的轻度高血糖，并伴有早期脂质改善

在喂食ND的小鼠中，每4周监测一次体重（BW）和空腹血糖（FBG）水平，直至60周龄。GCK^Mut小鼠表现出轻度升高的FBG，但体重未见变化（图1A-B）。在28周、40周和60周时进行的IPGTT显示GCK^Mut小鼠的葡萄糖耐受性受损，基础胰岛素分泌和葡萄糖刺激的胰岛素分泌均降低。然而，通过IPITT评估的胰岛素敏感性没有显著变化（图1C-E，补充图1）。

讨论

GCK-MODY由GCK基因的失活突变引起，其特征是持续轻度空腹高血糖和相对稳定的葡萄糖耐受性[[4], [5], [6]]。临床上，GCK-MODY患者通常具有有利的代谢谱，包括血清甘油三酯（TG）降低和高密度脂蛋白胆固醇（HDL-c）升高，这有助于他们较低的慢性并发症发生率[[39,40]]。然而，这些优势是否随年龄增长或在不同饮食条件下持续存在尚不清楚。

结论

总之，本研究表明，GCK的失活对肾代谢和结构完整性具有双重、时间依赖性的影响。在ND条件下，老化的GCK^Mut小鼠表现出进行性的NF-κB激活，导致肾脏慢性炎症和纤维化重塑。相反，在高脂喂养的早期阶段，肾脏PPAR信号通路被激活，促进脂肪酸氧化，暂时防止脂质积累和纤维化。这些发现挑战了传统观点

机构审查委员会声明

实验程序得到了天津医科大学楚显一纪念医院动物伦理与福利委员会的批准（批准编号：DXBYY-IACUC-2024022，批准日期：2024年8月22日）。

资助

本研究得到了国家重点研发计划（2024YFA1802903和2022YFE0131400）以及国家自然科学基金（82220108014和82301951）的支持。我们还感谢天津医科大学总医院临床研究计划（22ZYYLCZD02）、天津重点医学学科（专科）建设项目（TJYXZDXK-3-002C）和天津医科大学临床特殊疾病研究中心-神经内分泌肿瘤的支持

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。