肝脏雄激素受体（AR）敲除以性别二态方式保护雌性小鼠免受高脂饮食（HFD）诱导的胰岛素抵抗

《npj Metabolic Health and Disease》：Liver androgen receptor knockout protects female mice from high fat diet-induced insulin resistance

　　

高脂饮食（HFD）喂养诱导胰岛素刺激的AKT磷酸化降低，并具有显著的性别和组织特异性，但肝脏雄激素受体（AR）信号对这些效应的贡献仍不清楚。为研究肝脏AR在饮食应激下代谢调节中的作用，研究人员给两种性别的肝特异性AR敲除（LivARKO）和野生型（WT）小鼠喂食对照或HFD饮食长达3个月。HFD损害WT小鼠肝脏、骨骼肌和白色脂肪组织中胰岛素刺激的Akt磷酸化。在雌性中，LivARKO保留肝脏胰岛素敏感性，并减弱HFD诱导的糖异生基因Pck1和G6pc的诱导，表明其免受肝脏胰岛素抵抗。该效应未在骨骼肌或脂肪组织中观察到。相反，雄性LivARKO小鼠未显示对HFD诱导的胰岛素抵抗的保护，且与WT雄性相比，肝脏Pck1和G6pc表达进一步上调。这些发现表明，肝脏AR在HFD喂养期间调节胰岛素信号和葡萄糖代谢中具有性别二态性作用。靶向肝脏AR信号可能为减轻饮食诱导的代谢功能障碍和改善代谢健康结局提供性别特异性策略。

肥胖和2型糖尿病的全球上升与高脂饮食（HFD）消费密切相关，HFD促进肝脏、骨骼肌（SKM）和白色脂肪组织（WAT）等关键代谢组织发生胰岛素抵抗。尽管在野生型（WT）雄性小鼠中研究较多，但HFD对胰岛素信号通路的性别特异性影响仍不明确。在雄性中，HFD喂养一致损害肝脏胰岛素作用，表现为胰岛素受体底物1（IRS1）和AKT磷酸化降低；而雌性结果不一致，有的报告HFD降低肝脏p-AKT，有的未观察到变化。SKM和WAT中HFD诱导的胰岛素抵抗也显示明显性别依赖变异。肝脏雄激素受体（AR）已成为葡萄糖和脂质代谢的关键调节因子，具有性别特异性作用。在雄性中，肝脏AR信号似乎具有保护性，通过促进脂肪酸氧化和抑制脂肪生成减轻脂肪变性和胰岛素抵抗；在雌性中，肝脏AR介导雄激素驱动的代谢功能障碍，包括全身胰岛素抵抗，尤其在雄激素过多如多囊卵巢综合征中。近期工作表明，肝特异性AR敲除（LivARKO）在雌性中赋予对HFD诱导葡萄糖不耐受的保护，但加重雄性肝脏胰岛素抵抗。基于此，研究人员假设肝脏AR缺失会差异影响雄性和雌性HFD诱导的胰岛素抵抗，预测LivARKO在雌性中保留肝脏胰岛素敏感性，而在雄性中不能保护甚至恶化。为评估该假设，研究人员检查了两性WT和LivARKO小鼠在对照和HFD条件下肝脏、SKM和WAT中的胰岛素信号和代谢基因表达。该研究独特地定义了对肝脏AR缺失的组织特异性和时间依赖性胰岛素信号反应，通过量化急性和长期HFD暴露后肝脏、骨骼肌和脂肪组织中急性胰岛素刺激的AKT磷酸化。

方法上，研究人员采用肝特异性AR敲除（LivARKO，AR^fl/fl; Alb-Cre^+/?）小鼠及缺乏Alb-Cre的同胞对照（WT）。两性小鼠在4至12周龄接受对照饮食（RDI D12450J）或HFD（RDI D12492）1或3个月。实验动物为C57BL/6背景，floxed AR和Alb-Cre小鼠来自The Jackson Laboratory，实验经Howard University IACUC批准。小鼠禁食6 h，部分腹腔注射人胰岛素（0.5 U/kg）10 min后取材，收集肝脏、SKM和WAT。通过Western blot检测p-AKT^Ser473、总AKT和actin，通过qPCR检测Ar、Pck1和G6pc mRNA，通过ELISA定量p-Akt^Ser473和总Akt，并用双因素方差分析等统计。

研究结果部分，LivARKO验证：研究人员测量肝脏、SKM和WAT中Ar mRNA，发现LivARKO小鼠肝脏Ar表达较WT显著降低，而SKM和WAT中Ar mRNA水平在基因型间无变化，证明敲除有效且限于肝脏。胰岛素强烈刺激WT小鼠肝脏、骨骼肌和脂肪组织Akt磷酸化；高脂饮食削弱胰岛素诱导的Akt磷酸化：将基础Akt磷酸化归一化为1.0，急性胰岛素刺激显著增加WT小鼠p-Akt^Ser473，肝脏和SKM约3倍，脂肪组织约2.9–3.4倍；HFD下基础p-Akt与对照相似或略低，但胰岛素刺激的p-Akt大幅降低；雄性肝脏对照3.40±0.15 vs. HFD 0.44±0.16，SKM 3.21±0.17 vs. 0.39±0.12，WAT 3.08±0.20 vs. 0.40±0.10；雌性HFD抑制约80–90%。结论是HFD在Akt激活水平降低关键代谢组织胰岛素刺激的AKT磷酸化。雌性LivARKO在1个月HFD时防止HFD诱导的胰岛素抵抗：通过Western blot检测肝脏、SKM和WAT中p-AKT^Ser473、AKT和actin；对照饮食LivARKO雌鼠胰岛素增加肝脏p-AKT；1个月HFD LivARKO雌鼠胰岛素刺激肝脏p-AKT较基础增加，提示肝脏防止WT中见到的HFD诱导胰岛素抵抗；SKM中对照饮食胰岛素增加p-AKT，但HFD基础与胰岛素刺激无差异，未能保护；WAT中HFD胰岛素刺激p-AKT较基础降低，未能保护；结论是保护组织特异，仅限肝脏。雄性LivARKO在1个月HFD时表现胰岛素抵抗：肝脏、SKM和WAT中，对照饮食LivARKO雄鼠胰岛素显著增加p-AKT；但HFD LivARKO雄鼠胰岛素不增加p-AKT，提示未保护；结论是存在性二态，雌性肝脏保护，雄性不保护。雌性LivARKO在3个月HFD时继续防止HFD诱导的胰岛素抵抗：3个月时，肝脏中对照饮食胰岛素增加p-AKT；HFD LivARKO雌鼠胰岛素仍增加肝脏p-AKT，继续防止；SKM中HFD基础与胰岛素刺激相同，未保护；WAT中HFD胰岛素与基础相同，未保护；结论是肝脏保护持续3个月，SKM和WAT无保护。雄性LivARKO在3个月HFD时继续表现HFD诱导的胰岛素抵抗：肝脏和SKM中对照饮食胰岛素显著增加p-AKT，WAT不增加；HFD LivARKO雄鼠胰岛素刺激p-AKT显著低于对照饮食胰岛素刺激，提示HFD雄性发生类似WT的胰岛素抵抗；结论继续提示性二态。糖异生基因差异表达提示性别特异性分歧：测量Pck1（PEPCK）和G6pc（G6Pase）mRNA；雄性中HFD使两者较WT对照增加约3倍，LivARKO-HFD雄性进一步较WT-Con增加约4–5倍；雌性中HFD也诱导Pck1和G6pc，但LivARKO-HFD中该诱导强烈减弱；LivARKO-Con基础表达与WT-Con相当；结论是雄性肝脏AR缺失增强HFD诱导的糖异生基因表达，雌性则减弱。LivARKO模型先前激素发现支持性别特异性肝脏信号差异：来自先前发表的特征，雌性各组的循环雌二醇水平相似，HFD未显著改变雄性WT或LivARKO的血清雌激素；雌性LivARKO肝脏Esr1 mRNA或ERα蛋白在对照或HFD下无显著差异；雄性LivARKO-HFD肝脏Esr1 mRNA和ERα蛋白降低，伴ERα^Ser167磷酸化增加；结论是性二态代谢表型不太可能仅由循环雌激素水平差异解释，可能反映性别特异性肝脏受体信号和下游转录调控。

讨论部分指出，该研究提供多重证据表明肝脏AR在HFD下调节胰岛素信号和糖异生基因表达中具有性二态作用。研究人员确认LivARKO组织特异性。HFD削弱WT小鼠肝脏、SKM和WAT中胰岛素刺激的Akt磷酸化。肝脏AR缺失在雌性而非雄性中保护HFD诱导的肝脏胰岛素抵抗。该发现建立在先前研究上：Lin et al.显示整体肝脏AR删除使雄性易患脂肪变性和胰岛素抵抗；Andrisse et al.显示肝脏AR介导雌性雄激素诱导的代谢功能障碍；Osei-Ntansah et al.报道肝脏AR删除保护雌性而非雄性免受HFD诱导的葡萄糖失调。本研究通过直接检测多组织Akt磷酸化分子途径，并将信号变化与肝脏糖异生基因表达联系，扩展了这些报告。先前同一LivARKO队列研究显示肝脏AR删除选择性改善雌性HFD诱导的葡萄糖失调，本研究进一步定义组织特异性和时间性胰岛素信号反应。雌性保护主要限于肝脏，SKM和WAT仍胰岛素抵抗；雄性未显示保护。糖异生基因调控存在性别差异。机制尚未完全确定，可能包括肝脏雄激素和雌激素信号差异、与性别特异性转录程序串扰、两性脂质代谢差异。靶向肝脏AR可能在男性和女性产生相反结果，强调需要性别特异性治疗策略。额外需考虑肝外补偿内分泌机制，如卵巢–肝轴、脂肪来源雌激素产生、肾上腺类固醇生成和器官间内分泌串扰。先前激素特征显示雌性循环雌二醇相似，男性HFD未显著改变血清雌激素；雌性LivARKO肝脏ERα表达无变化，雄性LivARKO-HFD肝脏ERα降低伴p-ERα^Ser167增加。这些提示肝脏雄激素受体和雌激素受体信号通路相互作用可能是性别特异性胰岛素信号和糖异生调节的重要决定因素。部分组织急性胰岛素刺激后出现意外p-AKT反应，可能反映慢性代谢应激下胰岛素信号复杂和背景依赖，而非简单二元胰岛素敏感/抵抗状态。慢性HFD可能改变受体敏感性、下游负反馈、磷酸酶活性或基础信号张力。多数组织中HFD基础p-AKT与对照相似或仅适度降低，而胰岛素刺激AKT激活显著减弱，提示主要缺陷是胰岛素反应性受损而非基础AKT信号一致抑制。限制包括主要关注Akt磷酸化作为胰岛素信号读出，未直接广泛评估循环性激素作用，以及部分Western blot负载对照信号质量变异，尤其雄性WAT，但所有blots重新分析，无动物排除，总体趋势一致并谨慎解释。结论翻译：总之，研究人员表明，肝脏AR缺失保护雌性而非雄性小鼠免受HFD诱导的肝脏胰岛素抵抗和异常糖异生基因表达。这些发现揭示肝脏AR在代谢调节中新的性别依赖性作用，并提示靶向肝脏AR的策略应将性别视为关键生物学变量。