過度的肝臟糖異生和脂肪生成是導致高血糖、高甘油三酯血癥、糖尿病和非酒精性脂肪肝（NAFLD）的關鍵因素，先前的研究深入揭示序列相似家族3成員A（FAM3A）在控制肝臟糖脂代謝、胰島β細胞功能、脂肪細胞分化等生理病理過程中發揮關鍵作用。已知線粒體蛋白FAM3A通過刺激ATP釋放來激活P2受體途徑維持代謝穩態，然而其調節肝細胞ATP釋放的機制尚未闡明。
2024年6月27日，北大基礎醫學院楊吉春教授、北大人民醫院遲毓婧副教授及吉林大學第一醫院劉興凱教授團隊，在Military Medical Research (IF 16.7)發表“PANX1-mediated ATP release confers FAM3A’s suppression effects on hepatic gluconeogenesis and lipogenesis”。文章揭示了PANX1介導的ATP釋放是FAM3A發揮改善肝臟糖脂代謝的關鍵。
01研究結果
1、肝臟PANX1在維持糖脂代謝中起著至關重要的作用
RNA測序結合基因表達水平檢測發現PANX1在肥胖小鼠肝臟中mRNA水平增加，此外在NAFLD患者和糖尿病小鼠的肝臟中觀察到PANX1蛋白水平升高。進行PANX1體外過表達不僅增加了小鼠和人肝細胞胞外的ATP水平，還降低了糖異生和脂質沉積；另一方面，體內PANX1的過表達也顯著降低了糖尿病及肥胖小鼠的肝臟糖異生和脂質沉積，敲低PANX1后則得到了與之相反的結果。隨后，研究團隊構建了PANX1敲除小鼠，與WT小鼠相比，PANX1−/-小鼠的空腹血糖水平顯著升高，在ND喂養下表現出糖耐量受損、肝葡萄糖生成增加、胰島素敏感性降低以及脂質沉積；然而，PANX1的回補改善了上述PANX1−/-小鼠的糖尿病和脂肪肝癥狀。這些發現揭示了肝臟PANX1在維持葡萄糖和脂質穩態中起著關鍵作用。
PANX1介導的ATP釋放抑制培養肝細胞的葡萄糖生成和脂質沉積
2、PANX1通過抑制JNK-AP1-FAS途徑，改善肝臟脂質沉積
接下來，研究團隊深入研究了PANX1改善肝臟糖異生和脂質沉積的機制，發現PANX1通過釋放ATP和主要激活P2Y受體信號通路來抑制肝糖異生。此外，在PANX1過表達的肝細胞和肝臟中檢測到了參與脂質代謝各個方面的關鍵基因，而FAS是唯一一個在肝細胞和HFD小鼠肝臟中被PANX1持續下調的基因，當PANX1在小鼠肝臟中被敲低或缺失時，FAS蛋白水平增加；PANX1誘導的FAS蛋白水平和脂質沉積的抑制可以通過PBN或P2受體抑制劑suramin給藥逆轉。以往研究證明釋放的ATP作用于P2受體，激活肝細胞中的CaM，而在PANX1過表達后，肝細胞中CaM的蛋白水平升高。進一步的研究證實了CaM和JNK之間存在相互作用，CaM過表達可抑制JNK及轉錄因子AP1的磷酸化，從而下調脂肪酸合成酶FAS的蛋白水平。
PANX1通過抑制JNK-AP1-FAS途徑，改善肝臟脂質沉積
3、FAM3A介導的ATP釋放依賴于PANX1
檢測發現在小鼠和人肝細胞中，FAM3A過表達上調PANX1 mRNA及蛋白水平，為了確定FAM3A促進PANX1轉錄的機制，研究團隊進行了生物信息學預測，在PANX1基因啟動子區鑒定出參與肝臟糖脂代謝調節的轉錄因子HSF1的結合位點，并證實HSF1過表達可激活肝細胞中PANX1轉錄活性，增加其蛋白水平。此外，過表達FAM3A提高了小鼠和人肝細胞中HSF1的蛋白水平，用HSF1抑制劑KRIBB11處理可消除FAM3A誘導的PANX1蛋白水平的增加。隨后，研究團隊進一步證實FAM3A誘導的ATP的釋放依賴于PANX1。為了進一步研究FAM3A對肝臟葡萄糖和脂質的調節作用是否依賴于PANX1，使用AAV-GFP作為對照，將AAV-FAM3A注射到PANX1缺陷小鼠的尾靜脈中，發現FAM3A過表達未能改善PANX1缺陷小鼠的肝臟糖異生和脂質沉積，表明PANX1介導的ATP釋放賦予FAM3A對肝臟糖脂代謝的調節作用。
FAM3A過表達未能挽救PANX1缺陷小鼠的代謝紊亂
02結論
本研究闡明PANX1介導的ATP釋放對于抑制肝臟糖異生和脂肪生成至關重要。機制上，FAM3A激活HSF1以誘導PANX1表達，從而促進FAM3A誘導的ATP釋放及其隨后對肝細胞糖脂代謝的調節作用。研究結果揭示了非胰島素依賴的FAM3A信號通路及網絡作為代謝性疾病治療的可行靶點，并為全面揭示FAM3A調控ATP合成釋放緩解糖尿病及脂肪肝的機制提供了重要實驗依據。