2022年1月19日，Nature Communications雜志發表了來自我校天然藥物活性組分與藥效國家重點實驗室、臨床代謝組學中心齊煉文/劉群課題組的最新研究成果：線粒休 β氧化酶HADHA通過促進酮體β-羥基丁酸產生抑制胰高血糖素介導的肝臟糖異生紊亂（The mitochondrial β-oxidation enzyme HADHA restrains hepatic glucagon response by promoting β-hydroxybutyrate production, Nat Commun, 2022, 13: 386,doi: 10.1038/s41467-022-28044-x）。該工作獲得國家自然科學基金項目（項目編號：81825023，82174036，81973550）等資助，中國藥科大學是本論文唯一作者單位。齊煉文教授、劉群副教授是論文通訊作者，2019級博士生潘安是第一作者。論文的主要合作者還包括李萍教授、劉保林教授、劉金峰副教授、黃豐青博士等。
胰高血糖素由29個氨基酸構成，是胰島α細胞分泌的一種多肽類激素，與胰島β細胞分泌的胰島素在血糖調節方面發揮相反作用。空腹時血糖調節主要依賴胰高血糖素，通過促進肝臟糖原分解和糖異生，升高血糖，維持血糖穩態。而在糖尿病患者中，血漿胰高血糖素水平過高，是導致血糖穩態失衡的重要原因之一。近年來，隨著胰高血糖素功能研究的深入，其受體結構的解析、干預胰高血糖素的分泌或者抑制胰高血糖素通路成為糖尿病治療的新方向。然而，胰高血糖素促進肝糖異生的關鍵節點和分子機制尚未完全解析。因此，揭示參與胰高血糖素信號通路的關鍵分子和調控網絡對于深入理解肝臟糖異生紊亂的發生發展機制，進而研發糖尿病藥物具有重要意義。
該研究在胰高血糖素刺激的原代肝實質細胞、飲食或基因誘導的小鼠模型等多個水平上發現：線粒體 β氧化酶HADHA顯著下降，而HADHB無明顯改變；且胰高血糖素不影響HADHA轉錄，而是通過自噬促進其蛋白降解。采用基因敲降/過表達技術，發現肝臟條件性敲降HADHA可在生理條件下直接啟動糖異生相關基因Pck1/G6pc/Pgc1a表達、升高小鼠空腹血糖；也可在胰高血糖素刺激下進一步加重肝臟糖異生紊亂。相反，過表達HADHA能夠明顯改善小鼠胰高血糖素耐量、抑制糖異生相關基因表達、調節肝臟糖異生紊亂。此外，HADHA抑制肝糖異生作用不依賴于胰島素。該工作首次發現HADHA是肝糖異生的關鍵抑制分子。有趣的是，HADHA是公認的脂肪酸β氧化酶。據此推測HADHA可能對糖脂能量代謝發揮雙重調節作用。
C-13標記的棕櫚酸同位素示蹤實驗表明，胰高血糖素可抑制脂肪酸氧化代謝產物的產生，包括乙酰輔酶A、酮體（ β-羥基丁酸和乙酰乙酸）等，且該代謝調控依賴于HADHA。進一步體內外實驗發現，給予外源性酮體 β-羥基丁酸可有效改善胰高血糖耐量、抑制糖異生相關基因的表達、減少肝糖輸出、降低血糖水平，表明酮體β-羥基丁酸是肝糖異生的負調控分子。敲除促進β-羥基丁酸生成的上游轉化酶BDH1，可逆轉HADHA的糖異生抑制作用，推測HADHA對抗胰高血糖素反應部分依賴于β-羥基丁酸的產生。值得注意的是，另一主要酮體乙酰乙酸不能發揮抑制肝糖異生作用。
在分子機制上，研究者證明了β-羥基丁酸可選擇性地與組蛋白去乙酰化酶Class IIa家族中HDAC7（Glu543）結合，從而抑制HDAC7與FOXO1的相互作用，保留FOXO1的乙酰化水平，抑制FOXO1入核轉錄調控糖異生關鍵基因Pck1、G6pc、Pgc1a，降低胰高血糖素反應（圖1）。
最后，研究者構建了肝臟特異性HADHA過表達和BDH1敲降小鼠，發現HADHA過表達能顯著抑制高脂飼喂小鼠的體重增長、空腹血糖水平、改善丙酮酸糖耐量及肝臟脂質堆積等，而敲降BDH1則顯著逆轉了HADHA的作用。
該研究的主要創新點在于發現HADHA是肝臟糖異生紊亂的關鍵抑制分子，其作用依賴于酮體 β-羥基丁酸的產生；β-羥基丁酸通過選擇性結合HDAC7（Glu543）抑制FOXO1轉錄活性，是肝糖異生的負調控代謝分子。該研究揭示了線粒體脂肪酸氧化酶HADHA以及酮體 β-羥基丁酸抑制肝臟糖異生紊亂的作用機制，為糖尿病的防治提供了潛在干預途徑。
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-28044-x
圖1 HADHA調控肝糖異生的機制
（供稿單位：中藥學院，撰寫人：蔡元源）
