摘要 

支鏈氨基酸代謝紊亂與 2 型糖尿病的發生發展密切相關，支鏈 α- 酮酸脫氫酶激酶（BCKDK）作為支鏈氨基酸代謝的關鍵調控激酶，可通過磷酸化抑制支鏈 α- 酮酸脫氫酶（BCKDH）復合物活性。既往研究多聚焦 BCKDK 對 BCAA 代謝的調控，但其在肝臟糖異生中的非經典功能與分子機制尚不明確。本研究以肝臟特異性基因敲除小鼠為模型，結合 EchoMRI 無創體成分定量與糖代謝功能檢測，系統揭示 BCKDK 以不依賴 BCKDHA 的全新機制調控肝臟糖異生，為 2 型糖尿病的靶向干預提供新理論與新靶點。

圖1：論文封面概要

方法

本研究構建肝臟特異性 BCKDK 敲除小鼠、BCKDHA 敲除小鼠，并設置正常飲食、高脂飲食、高脂聯合 BCAA 飲食三組干預方案。采用EchoMRI 體成分分析儀對清醒小鼠進行無創、快速、精準檢測，避免麻醉應激干擾，客觀量化全身脂肪量與瘦體重；通過葡萄糖耐受試驗（GTT）、胰島素耐受試驗（ITT）、丙酮酸耐受試驗（PTT）系統評估糖代謝與肝糖輸出能力；結合原代肝細胞實驗驗證 BCKDK 抑制劑 BT2 的效應，并利用 Western blot、qPCR 及免疫共沉淀解析 CREB/FOXO1 信號通路的分子機制。

體成分分析儀應用情況

EchoMRI 體成分分析儀為本研究提供核心量化支撐。在清醒無創狀態下快速、精準測定小鼠脂肪量與瘦體重，客觀反映不同飲食與基因修飾對體成分的影響，直接關聯體成分表型與肝臟糖異生、胰島素敏感性，是評估代謝效應的關鍵技術手段。

體成分研究結果

體成分檢測結果顯示，正常飲食條件下，肝臟 BCKDK 或 BCKDHA 敲除均未對小鼠體成分產生顯著影響；高脂飲食可使 BCKDK 敲除小鼠脂肪量顯著上升，而瘦體重保持穩定；在高脂飲食基礎上補充 BCAA 后，體成分差異消失并恢復至對照水平。EchoMRI 的精準量化結果，直觀揭示飲食背景可顯著調控 BCKDK 缺失介導的體成分表型，為糖異生機制研究提供穩定的代謝表型基礎。

圖 2（原文 Fig.2B）：高脂 + BCAA 飲食下，BCKDK 敲除與對照組體脂、瘦體重無顯著差異

研究結果

肝臟敲除 BCKDK 顯著降低 PEPCK、G6Pc、FBP 表達，抑制肝糖輸出；敲除 BCKDHA 則不影響糖異生。BCKDK 抑制劑 BT2 可阻斷 cAMP 誘導的糖異生，通過解離 CREB-CBP、促進 FOXO1 泛素化降解發揮作用。高脂飲食抵消 BCKDK 敲除的降糖效果，補充 BCAA 可恢復其抑制糖異生作用。

圖 3（原文 Fig.1L）：肝臟 BCKDK 敲除小鼠丙酮酸耐量降低，肝糖生成顯著減少

糖代謝與機制研究表明，肝臟特異性敲除 BCKDK 可顯著下調糖異生關鍵酶 PEPCK、G6Pc、FBP 的表達，有效抑制肝糖輸出；而敲除 BCKDHA 對糖異生無明顯影響，提示該調控效應獨立于經典 BCKDHA 通路。BCKDK 抑制劑 BT2 可阻斷 cAMP 誘導的糖異生過程，通過抑制 CREB-CBP 轉錄復合物形成、促進 FOXO1 泛素化降解實現降糖效應。高脂飲食可抵消 BCKDK 敲除帶來的血糖改善，而補充 BCAA 能夠恢復其對糖異生的抑制作用。

結論

BCKDK 通過CREB-CBP/FOXO1信號軸調控肝臟糖異生，該作用不依賴 BCKDHA 介導的支鏈氨基酸代謝通路，屬于全新非經典調控機制。EchoMRI 無創精準量化為明確不同飲食條件下的體成分特征提供關鍵數據支撐，提示靶向肝臟 BCKDK 可安全抑制糖異生、改善糖代謝紊亂。

圖 4（原文 Fig.7J）： BCKDK 抑制劑 BT2 顯著促進 FOXO1 泛素化降解，揭示核心分子機制

文獻解決的核心問題

1. 突破 BCKDK 經典代謝認知，首次揭示其不依賴 BCKDHA 的肝臟糖異生全新調控機制，完善糖代謝調控網絡。

2. 明確 BCKDK 通過CREB-CBP 解離與 FOXO1 泛素化降解抑制糖異生，闡明分子靶點與信號通路。

3. 借助 EchoMRI 證實飲食與 BCAA 可調控 BCKDK 缺失的代謝表型，為臨床精準干預提供實驗依據。

4. 驗證 BCKDK 作為2 型糖尿病治療新靶點的可行性，為新型降糖藥物研發提供方向。

5. 建立 “基因修飾–飲食干預–體成分定量–糖代謝功能” 一體化研究范式，為代謝疾病研究提供技術參考。

原文出處DOI：10.1038/s41419-024-07071-0