氨基酸代謝紊亂與2型糖尿病的發生密切相關。多個大規模代謝組學研究已發現，血漿中支鏈氨基酸（BCAAs）、芳香族氨基酸（AAAs）以及賴氨酸、丙氨酸、谷氨酸等水平升高與2型糖尿病風險顯著相關。然而，氨基酸如何具體調控糖代謝，尤其是其代謝產物如何通過表觀遺傳機制影響肝臟糖異生，目前尚不清楚。此外，組蛋白酰化（如乙?；?、巴豆?；┳鳛檫B接代謝與基因表達的重要方式，近年來受到廣泛關注，但其在氨基酸代謝與糖穩態中的作用仍需深入探索。
近期，上海交通大學附屬瑞金醫院研究團隊在Advanced Science上在線發表了題為“Hepatic CBP/p300 Orchestrate Amino Acid-Driven Gluconeogenesis through Histone Crotonylation”的研究文章，結合人群遺傳學、動物模型、代謝組學、轉錄組學分析等，系統解析了CBP/p300（(CREB Binding Protein,是多功能的轉錄輔激活子, 它們參與細胞周期調控、細胞分化和細胞凋亡等多種生理過程）在氨基酸驅動的糖異生過程中的關鍵作用，肝臟特異性敲除CBP/p300導致小鼠血漿氨基酸升高、氨基酸驅動的糖異生受損，關鍵機制在于氨基酸代謝基因啟動子區組蛋白巴豆?；较陆怠Ｔ谔悄虿⌒∈竽Ｐ椭?，靶向抑制CBP/p300可有效改善高血糖，為治療2型糖尿病提供了新靶點。（麥特繪譜提供Q300全定量代謝組學檢測服務）
圖1.技術路線圖
研究結果
1. CREBBP/EP300基因多態性與氨基酸和血糖水平相關
CBP和p300作為組蛋白乙酰轉移酶和轉錄共激活因子，對代謝穩態至關重要，其基因單核苷酸多態性（SNPs）可能影響蛋白功能和表達，進而改變代謝通路及疾病易感性。在4C（中國心臟代謝與癌癥隊列）隊列研究中，共檢測到CREBBP（編碼CBP） 基因座內78個SNPs和EP300（編碼p300）基因座內36個SNPs，基因關聯分析顯示，23個特定 CREBBP SNPs與包括支鏈氨基酸（BCAAs）和芳香族氨基酸（AAAs）在內的多種循環氨基酸水平顯著相關，14個EP300 SNPs也與循環氨基酸譜密切相關；同時，CREBBP/EP300基因的遺傳變異還與葡萄糖穩態的關鍵臨床指標相關，這些結果提示 CBP/p300可能在連接氨基酸代謝與葡萄糖穩態中發揮作用。
圖2.CREBBP/EP300 SNPs與循環氨基酸水平的關系
2. 肝臟Crebbp和Ep300雙敲除小鼠血漿氨基酸水平升高
鑒于肝臟在調控氨基酸和葡萄糖代謝中的核心作用，構建了多種肝臟特異性CBP/p300敲除小鼠品系，驗證肝臟中Crebbp和Ep300的敲除效果。其中，CBP/p300LivDKO （Crebbp/EP300雙敲除）小鼠空腹血糖水平顯著降低，而其他敲除品系與野生型（WT）小鼠無差異；同時，僅CBP/p300LivDKO 小鼠血漿總氨基酸水平較WT小鼠明顯升高，血漿甘油三酯（TG）、非酯化脂肪酸（NEFAs）和總膽固醇（TC）在各組間無顯著變化，這一結果證實了CBP和p300在葡萄糖和氨基酸穩態調節中的冗余功能。
代謝組學分析顯示，WT和CBP/p300LivDKO小鼠血漿代謝特征存在明顯差異，在189種已鑒定的代謝物中，差異表達代謝物主要歸類為有機酸和氨基酸，通路富集分析顯示改變的代謝物主要與氨基酸代謝通路相關，綜合單變量和多變量統計方法篩選出81個潛在生物標志物，其中包括31種氨基酸及其衍生物，20種基本氨基酸中有17種在敲除小鼠血漿中顯著升高，表明肝臟CBP/p300對維持全身氨基酸穩態至關重要。
圖3.肝臟Crebbp和Ep300雙基因敲除小鼠血漿氨基酸水平升高
3. CBP/p300LivDKO小鼠肝臟氨基酸代謝重編程
為明確血漿氨基酸譜改變是否由肝臟氨基酸代謝紊亂引起，對WT和CBP/p300LivDKO小鼠肝臟進行代謝組學分析，共鑒定出213種代謝物，CBP/p300基因敲除導致肝臟中色氨酸、鳥氨酸等水平升高，支鏈酮酸（BCKAs，BCAA代謝副產物）增加但BCAA濃度與WT小鼠相當。RNA測序結果顯示，CBP/p300LivDKO小鼠肝臟中有2877個上調基因和1559個下調基因，其中多種氨基酸代謝相關基因下調，包括氨基酸分解代謝基因和氨基酸轉運體基因，但關鍵糖異生基因Pck1和G6pc表達未受影響。
圖4. CBP/p300LivDKO小鼠肝臟氨基酸代謝重編程
4. CBP/p300LivDKO小鼠氨基酸驅動的糖異生受損
進一步探究肝臟氨基酸代謝紊亂的原因，在15種生糖氨基酸中，丙氨酸和谷氨酰胺在糖異生中起主導作用，因此對禁食小鼠進行丙氨酸耐受試驗（ATT）和谷氨酰胺耐受試驗（QTT），結果顯示，腹腔注射丙氨酸或谷氨酰胺可顯著升高 WT 小鼠血糖水平，但對CBP/p300LivDKO小鼠無明顯影響；原代肝細胞糖異生實驗進一步證實，CBP/p300缺陷小鼠的肝細胞利用丙氨酸和谷氨酰胺生成葡萄糖的效率較WT小鼠顯著降低，且伴隨多種氨基酸分解代謝基因的mRNA和蛋白水平下調。進一步驗證CBP/p300對肝臟氨基酸驅動糖異生的必要性，向Crebbpflox/flox/Ep300flox/flox小鼠注射肝臟特異性啟動子驅動的Cre重組酶腺相關病毒（AAV-CRE），3周后檢測發現，AAV-CRE小鼠肝臟中CBP/p300表達缺失，且與CBP/p300LivDKO小鼠結果一致，腹腔注射丙氨酸或谷氨酰胺后，AAV-CRE小鼠血糖水平仍維持在較低水平，其肝細胞的氨基酸驅動糖異生能力也顯著受損，同時氨基酸代謝基因的mRNA和蛋白水平降低。
圖5.CBP/p300LivDKO小鼠氨基酸驅動的糖異生嚴重受損
5. 組蛋白酰化協同調控氨基酸代謝基因表達
CBP/p300可利用多種?；o酶A進行組蛋白?；被岱纸獯x會產生乙酰輔酶A、巴豆酰輔酶A 等多種?；o酶A，為CBP/p300介導的組蛋白修飾提供底物，進而調控基因表達。Western blot分析顯示，CBP/p300LivDKO小鼠肝臟中，組蛋白 H2BK12Ac、H3K27Ac和H2BK12Cr水平較WT小鼠顯著降低，此外，CUT&Tag分析也顯示，CBP/p300缺失導致H2BK12Cr、H3K27Ac和H2BK12Ac在多個氨基酸代謝基因啟動子區富集程度下降，表明CBP/p300通過組蛋白修飾在連接氨基酸代謝與基因表達中發揮關鍵作用。
圖6. 組蛋白酰化在調節氨基酸代謝基因表達方面起協同作用
6. 2-AAA/GCDH/H2BK12Cr軸正向調控氨基酸代謝基因表達
賴氨酸降解產生的2-AAA（糖尿病生物標志物2-氨基己二酸）可在戊二酰輔酶A脫氫酶（GCDH）催化下轉化為巴豆酰輔酶A，為組蛋白巴豆?；揎椞峁┑孜?。在原代小鼠肝細胞中加入100μM 2-AAA 處理，發現2-AAA可顯著增強由丙氨酸、谷氨酰胺和乳酸/丙酮酸驅動的糖異生，同時顯著上調 Gcdh、Prodh和Pck1的表達，且Prodh和Pck1啟動子區域的H2BK12Cr水平明顯升高。而Gcdh敲低顯著抑制由丙氨酸、谷氨酰胺和乳酸/丙酮酸介導的肝臟糖異生，同時降低Prodh和Pck1基因的表達；Gcdh沉默的肝細胞中Prodh和Pck1啟動子區域的H2BK12Ac水平顯著降低；過表達Gcdh，可部分恢復由丙氨酸和谷氨酰胺驅動的糖異生能力。
圖7.2-AAA/GCDH/H2BK12Cr軸正向調控肝臟氨基酸代謝基因的表達
7. 靶向抑制CBP/p300改善糖尿病小鼠血糖穩態
在糖尿病小鼠中，肝臟CBP/p300敲低顯著降低丙氨酸和谷氨酸誘導的血糖升高，抑制氨基酸代謝相關基因表達，并減少H2BK12Cr在關鍵基因啟動子區域的富集，進一步論證了CBP/p300是糖尿病狀態下氨基酸驅動糖異生的關鍵調控因子。
圖8.糖尿病小鼠肝臟氨基酸代謝上調
研究結論
本研究揭示了CBP/p300通過組蛋白巴豆?；{控氨基酸代謝驅動糖異生的新機制。在肝臟中，CBP/p300缺失導致氨基酸代謝基因表達下調、血漿氨基酸積累、糖異生受損，而2-AAA/GCDH軸通過增強組蛋白巴豆?；蛘{控該過程。在糖尿病模型中，靶向抑制肝臟CBP/p300可有效改善高血糖，為2型糖尿病的干預提供了新的潛在靶點。
參考文獻
Hepatic CBP/p300 Orchestrate Amino Acid-Driven Gluconeogenesis through Histone Crotonylation. Advanced Science. 2025
繪譜幫你測
本研究前期通過人群隊列數據分析鎖定CREBBP/EP300基因多態性與氨基酸和血糖水平之間的關聯，進一步通過代謝組學技術（麥特繪譜提供Q300全定量檢測服務）對血漿和肝臟中的代謝物精準量化，證實了CBP/p300缺失對氨基酸分解代謝的影響，為后續分子機制解析“CBP/p300如何調控氨基酸代謝-糖異生通路” 提供了關鍵的代謝表型依據。
麥特繪譜開創性地搭建了醫學領域高端代謝組學技術平臺，覆蓋了非靶向-全定量-代謝流等全方位的高端醫學代謝組解決方案，同時全面布局微生物組學、轉錄組學和蛋白質組學等多組學技術服務，已成為全球多組學研究者的優選合作伙伴。麥特繪譜已為數百家三甲醫院、科研院所和企業提供多組學一站式整體解決方案，協助客戶與合作伙伴發表SCI文章600+篇，累計影響因子6000+，平均IF＞10，涵蓋Cell, Science, Nature, Cancer Cell, Signal Trans-duction and Targeted Therapy, Nature Biotechnology, Cell Metabolism等權威期刊。