MASLD中胰岛素清除的昼夜节律及昼夜代谢基因特征：整合多数据集生理与转录组学分析

《Metabolites》：Diurnal Insulin Clearance and Circadian Metabolic Gene Signatures in MASLD: Integrative Multi-Dataset Physiological and Transcriptomic Analysis

　　

背景/目的：胰岛素清除是循环胰岛素可用性的关键决定因素，但其昼夜变异及其与代谢功能障碍相关脂肪性肝病（MASLD）中昼夜代谢程序的关联尚不清楚。本研究旨在探索人类胰岛素清除的昼夜变化，并考察MASLD中相关的代谢基因特征。方法：研究人员开展单受试者试点评估，探索胰岛素清除率（ICR）替代指数在日间与夜间差异，随后利用来自健康个体与MASLD患者的公开高胰岛素-正糖钳夹（HEC）数据集进行评价。整合公开昼夜转录组数据集、空间转录组数据以及高脂饮食（HFD）诱导小鼠时间序列数据集。分析预定义的胰岛素清除相关与昼夜基因组合，包括癌胚抗原相关细胞黏附分子1（CEACAM1）、胰岛素受体（INSR）、胰岛素降解酶（IDE）、时钟昼夜调节因子（CLOCK）、碱性螺旋-环-螺旋转录因子ARNT样1（BMAL1）、核受体亚家族1D组成员1/2（NR1D1/2）、周期昼夜调节因子1/2（PER1/2）及隐花色素1/2（CRY1/2）。结果：试点评估显示夜间ICR高于日间，独立钳夹数据集在健康个体中呈现相似模式。MASLD中夜间ICR仍相对较高，但整体胰岛素清除低于对照组。人类血液昼夜转录组鉴定出所选胰岛素清除与昼夜调控基因的节律性表达，包括CEACAM1、CLOCK、NR1D1、CRY1、PER1与PER2。MASLD肝脏数据集显示胰岛素清除相关与昼夜基因表达降低，空间转录组提示这些特征的小叶分布改变。HFD小鼠模型中所选基因节律性表达减弱。结论：这些整合发现提示胰岛素清除可能表现昼夜变异，并可能与MASLD中全身与肝脏数据集的昼夜代谢基因特征相关。需更大规模受控人体研究验证胰岛素清除的时间调控及其代谢相关性。

研究背景方面，胰岛素稳态由分泌、作用与清除协同维持，其中肝脏胰岛素清除（hepatic insulin clearance）是决定系统胰岛素可用性的主要因素，其受损可促成慢性高胰岛素血症与胰岛素抵抗。昼夜节律通过中枢与外周时钟协调糖脂能量代谢，节律紊乱与肥胖、2型糖尿病及肝脏代谢功能障碍相关。近年临床证据提示MASLD存在显著时间依赖代谢特征，夜间代谢脆弱性突出，但胰岛素清除是否具有昼夜变异、是否受核心时钟基因（如CLOCK、BMAL1、NR1D1/2、PER1/2、CRY1/2）与清除相关基因（CEACAM1、INSR、IDE）协同调控，以及在MASLD肝脏中如何重塑，尚缺乏系统刻画。由于人体反复肝穿不可行，研究人员采用单受试者餐试替代指数、公开HEC数据集、血液与肝脏转录组、空间转录组及HFD小鼠模型整合框架，提出并验证“胰岛素清除昼夜变异—肝脏昼夜代谢基因特征—MASLD病理”的假设生成式关联。

主要关键技术方法概括：研究人员以一名29岁健康女性行单时间点（ZT0与ZT12）馒头餐试，用C肽曲线下面积与胰岛素曲线下面积摩尔比（CpAUC₁₂₀/InsAUC₁₂₀）作ICR替代指数；提取已发表HEC数据集（健康与MASLD各6例，昼07:00/夜19:00钳夹）计算全身胰岛素清除率CL_wb；整合GEO人类外周血昼夜转录组（GSE220120每2小时、GSE122541每3小时）、MASLD肝转录组（GSE126848）、空间转录组、CD与60% HFD小鼠肝时间序列（GSE278920）；以候选基因法（CEACAM1、INSR、IDE、CLOCK、BMAL1、NR1D1/2、PER1/2、CRY1/2）用limma与circacompare（24小时固定周期cosinor）做差异与节律分析，FDR q<0.05为显著。

研究结果部分，3.1节“人类胰岛素清除的昼夜变异”通过单受试者餐试与独立HEC数据集，发现晚间/夜间ICR替代值与钳夹CL_wb均高于日间，MASLD组整体清除低于对照但夜间相对偏高。3.2节“胰岛素清除相关昼夜基因表达模式”利用外周血转录组，显示CEACAM1、CLOCK、NR1D1、CRY1、PER1、PER2具显著节律；CEACAM1与CLOCK于活跃期傍晚达峰（ZT17–22），与ICR峰值相位一致，CRY1/PER1/PER2于休息期清晨达峰。3.3节“MASLD中胰岛素清除相关通路的空间变异”经空间转录组，发现MASLD肝小叶中央区胰岛素清除与昼夜基因表达较对照降低，空间排布改变。3.4节“MASLD中胰岛素清除—昼夜轴失调”在GSE126848中证实CEACAM1、INSR、IDE及NR1D1/2、PER1/2、CRY2下调（CLOCK/BMAL1/CRY1无差）；HFD小鼠肝中Ceacam1、Insr、Per1节律消失，Clock/Bmal1/Per2/Nr1d1/2/Cry1节律保留，表明代谢应激选择性瓦解清除—时钟耦合。

讨论部分指出，餐试与HEC一致提示胰岛素清除非静态肝功能而是时间依赖表型，MASLD夜间胰岛素可用性下降伴清除相对升高需受昼夜程序解释；外周血基因仅作系统昼夜代理，非肝直接时钟读数，且生理与转录组来自独立队列故无个体级因果链。作者强调单受试者两时间点不能确立内源节律，需大样本24小时受控光照进食睡眠活动研究区分昼夜与环境效应；空间转录组区域差异需扩大定量验证。结论部分翻译为：综上，本整合分析提示胰岛素清除可能表现昼夜变异，并与MASLD中改变的肝脏昼夜代谢基因特征相关；通过单受试者试点、公开钳夹与多数据集资源，研究为理解胰岛素清除作为时间调控代谢表型提供假设框架，需更大受控人体研究与机制实验验证其时间调控及与MASLD发病和代谢干预的相关性。全文发表于《Metabolites》。