人类葡萄糖摄入后血浆蛋白质组反应的组织起源

《Diabetologia》：Tissue origins of the plasma proteomic response to glucose ingestion in humans

　　

目的/假设 循环蛋白作为营养摄入的重要激素信号。研究人员旨在系统性地表征人类葡萄糖摄入后的时间分辨蛋白质组反应，并评估其在长期完全热量限制后的稳健性。
方法 研究人员在11名健康志愿者中进行口服葡萄糖耐量试验（OGTTs），分别在7天完全热量限制前后进行，并通过高分辨率血浆蛋白质组分析测量了超过2900个靶标的反应。
结果 研究人员识别出44种蛋白质的特征谱，这些蛋白质在葡萄糖摄入后显著变化，且在7天无食物后具有可重复性，并且强烈富集（20倍）于“胃特异性”蛋白质。研究人员报告称，膜联蛋白A10（ANXA10）展现出观察到的葡萄糖后最显著变化，与分泌激素的轨迹相似。研究人员提供了来自多个来源的人类观察性证据，表明ANXA10在感知胃pH升高时被分泌，胃是主要贡献组织。尽管在7天完全热量限制后出现了深刻的代谢转变，其特征是胰岛素分泌延迟和餐后高血糖，但只有四种蛋白质在两次OGTT中显示出稳健的差异轨迹证据。其中包括色氨酰-tRNA合成酶1（WARS）的血浆水平，研究人员发现其与葡萄糖稳态和冠状动脉疾病存在遗传关联。
结论/解释 研究人员的探索性研究识别了葡萄糖摄入后的蛋白质组反应，并证明了即使葡萄糖稳态发生重大变化，该反应仍具有可重复性。研究人员表征了这些变化的胃肠道起源，并假设胃pH变化感知在血浆蛋白质组中具有迄今未被充分认识的作用。

**研究背景**
人类代谢的核心在于禁食与进食状态的转换，但身体如何感知和响应营养摄入的分子机制仍未完全阐明。餐后过程主要由胃肠道启动，肠源性激素如胰高血糖素样肽-1（GLP-1）通过增强胰岛素分泌调节血糖，类似药物（如司美格鲁肽）已彻底改变肥胖和2型糖尿病的治疗，凸显了深入理解这些回路的重要性。进化过程中，人类代谢适应了数天至数周的无食物状态，导致燃料利用从外源葡萄糖转向内源脂质动员，这一转变在再进食时表现为葡萄糖耐受变化（如餐后高血糖），可能源于骨骼肌胰岛素抵抗、肝脏胰岛素敏感性增强和胰腺胰岛素分泌减少。这些生理变化为研究代谢灵活性的关键介质提供了独特机会，但此前对长期禁食后葡萄糖摄入的蛋白质组反应缺乏系统性认识。本研究旨在利用同一干预研究样本，系统表征标准化口服葡萄糖耐量试验（OGTT）前后血浆蛋白质组的时间分辨反应，并评估其在7天完全热量限制后的稳健性。论文发表在《Diabetologia》。

**研究概述**
研究人员在11名健康志愿者（5女6男，欧洲裔）中开展了一项前瞻性干预研究：在禁食一夜后（OGTT1）和7天只饮水禁食后（OGTT2）分别进行75g葡萄糖稀释于300ml水中的OGTT，并于0、15、30、60、120分钟采集血浆样本。通过高分辨率Olink 3072 Explore平台测量2923种蛋白质靶标，采用线性混合模型分析蛋白质轨迹的时间效应和差异效应，并整合UK Biobank（52,140名参与者）、Genes & Health队列（44,028名外显子测序个体）及公共单细胞转录组数据（胃肠道和胰腺）进行组织富集、遗传关联和表型相关性分析。

**主要关键技术方法**
1. 口服葡萄糖耐量试验（OGTT）设计，在11名健康志愿者中于7天完全禁食前后进行，排除已知疾病和低体脂率者。
2. 使用Olink 3072 Explore平台进行高分辨率血浆蛋白质组分析，测量2923种蛋白质，并经标准质控。
3. 线性混合模型检验时间效应、OGTT间差异效应及性别差异效应，以z分数标准化NPX值，错误发现率（q值）阈值<5%。
4. 组织富集分析采用人类蛋白质图谱（Human Protein Atlas）的胃特异性表达数据，通过Fisher精确检验评估。
5. 遗传和转录组分析：在UK Biobank中对ANXA10血浆水平进行全基因组关联研究（GWAS）；整合组织表达数量性状位点（eQTL）和单细胞RNA测序数据（Nowicki-Osuch et al. 和Elgamal et al.）；利用pQTL富集分析。
6. 表型关联分析：在UK Biobank中评估胃疾病和质子泵抑制剂（PPI）摄入对蛋白质水平的影响，调整年龄和性别。
7. 在Genes & Health队列中识别ANXA10纯合预测功能丧失（pLOF）变异携带者。

**研究结果**
**Trajectories during OGTTs reveal a conserved proteomic response**
通过线性混合模型分析，OGTT1和OGTT2分别识别出52和71种蛋白质在至少一个时间点显著变化（q值<5%），其中44种蛋白质在两次OGTT中均表现出保守的响应。这些响应中，8种蛋白质在30分钟内发生大幅变化（|最大变化|>1.5个标准差），包括已知的调节因子如胃抑制肽（GIP）、GLP-1和胰岛素样生长因子结合蛋白1（IGFBP1），以及新发现的膜联蛋白A10（ANXA10，在60分钟达峰值+2.77 SD）。此外，SPOCK1、PTPRN2和CRIP2等新发现的蛋白质也出现显著变化。蛋白质变化与血糖和胰岛素水平无一致关联，表明该响应独立于胰岛素分泌或葡萄糖摄取。

**Gastrointestinal tissues contribute to the proteomic changes during an OGTT**
组织富集分析显示，响应蛋白质在胃中富集约20倍（OGTT1: OR 20.6, q=8.7×10^-5；OGTT2: OR 18.2, q=3.2×10^-5），涉及ghrelin、gastrin及ANXA10等。肠特异性蛋白质仅在OGTT2中显著富集（OR 4.0, q=0.03）。蛋白质组与PPI摄入相关特征显著富集（如omeprazole: OR 23.0, q=1.5×10^-6），且pQTL分析显示PSCA、LILRB5和CYP7A1等基因的独立位点与响应蛋白集显著关联（如PSCA的rs2920282: OR 71.5, q=1.9×10^-3）。

**Human genetic and single-cell evidence identify ANXA10 at the core of an OGTT-associated protein set common to pancreas and stomach**
针对ANXA10的GWAS在46,929名UK Biobank参与者中识别出两个独立位点：一个常见内含子变异（rs4600882）与肝、食管、胰腺和胃食管连接处的ANXA10表达相关，但非胃组织；另一trans-pQTL（rs2990223）通过MUC1基因调控，提示胃来源贡献。单细胞RNA测序数据表明，ANXA10在胃的foveolar细胞和parietal细胞以及胰腺的MUC5B阳性导管细胞亚群中表达，并与MUC5AC、AGR2、TFF2等共表达。这些共表达基因中五种蛋白质在两次OGTT中显著变化，但轨迹与ANXA10不相关，提示非协调释放。

**Phenotypic correlations with ANXA10 plasma levels point to stomach acidity and mucosal integrity as potential regulators**
在UK Biobank中，PPI摄入解释了ANXA10水平变异的大部分，与0.64 SD升高相关（p<10^-300），且呈剂量依赖性（omeprazole 10mg: β=0.23, p=0.0001）。胃疾病（如H. pylori血清阳性）也升高ANXA10（β=0.47, p=1.9×10^-14）。MUC1位点的trans-pQTL（rs2990223）的A等位基因与更厚的黏液层和较低胃癌风险相关，同时与更高ANXA10水平关联，支持胃pH感知而非组织泄漏的机制。一名ANXA10纯合pLOF携带者（rs752829627）有十二指肠溃疡和早发冠心病史，进一步提示其功能重要性。

**Differential proteomic response during an OGTT after a 7 day fast**
四种蛋白质显示差异响应（q<20%）：WARS（q_interaction=0.086）、CDSN（q_interaction=0.13）、PYY（q_interaction=0.037）和MLN（q_interaction=0.05）。WARS的差异响应尤为突出，其pQTL（rs2273804）与较高WARS水平、较高空腹血糖和HbA1c相关，且增加冠状动脉疾病风险（PP=97%）。该变体在骨骼肌和内脏脂肪组织中增加WARS1表达，但在肝脏和胰腺中降低，提示组织特异性胰岛素信号差异。

**讨论与结论**
讨论部分首先提出ANXA10释放的胃pH感知模型：OGTT期间葡萄糖溶液稀释胃酸，或PPI抑制酸分泌，均升高胃腔pH，进而刺激胃上皮细胞分泌ANXA10进入循环。MUC1基因变异通过改变黏液层厚度影响pH感知，独立于胃酸本身。其次，早期响应者包括GLP-1和SPOCK1等，其中phogrin（PTPRN2）可能通过胰岛素受体去磷酸化调节自分泌胰岛素信号。第三，长期禁食后，多数代谢调节因子（如GIP、FGF21）仍保持响应，仅少数蛋白质（如WARS、motilin）显示差异轨迹，提示WARS可能通过色氨酰化胰岛素受体参与胰岛素抵抗，而motilin与饥饿信号相关。局限性包括样本量小、未检测适度差异和性别差异、缺乏非OGTT对照、健康人群无法推广至代谢疾病患者，以及模型生物中机制保留程度不明。结论部分翻译为：研究人员的实验表明，即使在7天只饮水禁食后，血浆蛋白质组仍保持对营养摄入的动态响应，该响应主要源自胃肠道组织，并可能是对长期无食物时期的进化适应结果。