胰岛素与运动双重调控的人类骨骼肌磷酸化蛋白质组学揭示REPS1作为葡萄糖摄取的关键调控因子

这篇研究通过磷酸化蛋白质组学绘制了胰岛素和运动调控的人类骨骼肌信号网络图谱，发现REPS1蛋白的S709位点磷酸化是两种刺激的共同靶点，且通过p90核糖体S6激酶（RSK）通路参与葡萄糖摄取调控。该磷酸化事件与胰岛素敏感性正相关，在胰岛素抵抗状态下受损，为代谢疾病治疗提供了新靶点。

　　

磷酸化蛋白质组学揭示骨骼肌代谢调控新机制

研究背景与设计

骨骼肌作为人体最大的代谢器官，其葡萄糖摄取能力直接影响全身代谢稳态。胰岛素和运动是调控骨骼肌葡萄糖摄取的两大主要刺激，但二者共享的分子机制尚未完全阐明。研究团队对8名健康男性进行交叉设计实验：通过高胰岛素-正葡萄糖钳夹技术（HEC）模拟胰岛素刺激，以及10分钟高强度骑行运动干预，采集股外侧肌活检样本进行深度磷酸化蛋白质组学分析。

磷酸化图谱特征

实验采用11重串联质谱标签（TMT）标记结合TiO₂
富集技术，定量到13,717个磷酸肽（对应11,934个高置信度磷酸化位点）。主成分分析显示样本按个体和干预方式显著聚类。胰岛素和运动分别调控805和4,784个磷酸化位点，包括已知信号节点如TBC1D4 S341（胰岛素）和STIM1 S257（运动），同时发现RBM15 S741等新调控位点。

信号通路的异同

激酶富集分析揭示：

• 胰岛素：激活P70S6K、RSK和新型激酶PIM3
• 运动：激活AMPKα1/2、MAPKAPK2/3及QIK（盐诱导激酶2）
  功能分析显示运动调控位点富集于蛋白质降解和构象变化，而胰岛素相关位点更多参与细胞内定位。

REPS1的发现与验证

在233个共调控位点中，71个位点（涉及55个蛋白）被两种刺激同向调控，包括：

• CLASP2：S370磷酸化/S327去磷酸化，与微管稳定和GLUT4转运相关
• REPS1：S709位点磷酸化水平在胰岛素刺激后与腿部葡萄糖摄取量呈强相关（r²
  =0.86），远高于经典信号分子AKT S473（r²
  =0.21）

小鼠模型证实：

• 电刺激收缩或胰岛素注射均诱导胫骨前肌REPS1 S709磷酸化
• siRNA敲低REPS1使C2C12肌管胰岛素刺激的葡萄糖摄取下降40%

上游调控机制

序列分析显示REPS1 S709含典型AGC激酶 motif。实验证实：

• RSK抑制剂BI-D1870完全阻断胰岛素诱导的REPS1磷酸化和GLUT4膜转位
• 该调控依赖MAPK而非mTOR或PDK1通路，因ERK抑制剂U0126可阻断信号传递

病理生理意义

在胰岛素抵抗模型中：

• 高脂饮食小鼠骨骼肌REPS1磷酸化响应减弱，与血糖下降幅度降低相关
• 2型糖尿病（T2D）患者肌肉活检显示REPS1磷酸化增幅较正常糖耐量者降低57%
  GWAS分析发现REPS1基因变异与血脂性状、瘦体重和T2D并发症显著相关。

研究价值与应用

该研究首次建立人类骨骼肌胰岛素/运动磷酸化信号图谱，阐明REPS1-RSK轴作为代谢调控的关键枢纽。其发现为改善胰岛素抵抗提供了精准干预靶点，并为运动模拟药物的开发指明新方向。