糖尿?。―iabetes）是一種以高血糖為主要表現(xiàn)的綜合性代謝性疾病(1)，主要分為1型糖尿?。═ype 1 Diabetes, T1D）、2型糖尿?。═ype 2 Diabetes, T2D）、妊娠糖尿?。℅estational Diabetes, GD）和特殊類型糖尿病。中國是糖尿病第一大國，患病人數(shù)占全球糖尿病總患病人口的四分之一(2, 3)。T2D是糖尿病中最常見的類型，占中國糖尿病患者的90%以上。據(jù)2023年最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，中國糖尿病患者的綜合治療（包括血糖、血脂、血壓）達標(biāo)率僅4.4% (4)，這意味著由糖尿病代謝記憶效應(yīng)所帶來的全身多器官并發(fā)癥必將成為我國未來的重大健康經(jīng)濟負(fù)擔(dān)。現(xiàn)有上市藥物均表現(xiàn)出較好的降糖效果，但隨著用藥時間延長，出現(xiàn)藥效降低及 細(xì)胞衰減加速、低血糖、體重增加等副作用，未能從根本上解決胰島 細(xì)胞凋亡、衰竭的根源性病理。因此，從分子病理機制上尋找胰島 細(xì)胞功能衰竭的內(nèi)在原因、發(fā)現(xiàn)潛在的創(chuàng)新藥物研發(fā)靶點并發(fā)現(xiàn)潛在候選藥物，緩解 細(xì)胞凋亡、恢復(fù) 細(xì)胞功能是治療T2D并實現(xiàn)糖尿病緩解的根本策略。
線粒體功能及ATP產(chǎn)生效率關(guān)系著胰島 細(xì)胞葡萄糖刺激的胰島素釋放（Glucose Stimulated Insulin Secretion, GSIS）功能(5)。線粒體代謝也是胰島 細(xì)胞分泌胰島素的主要決定因素(6)。線粒體質(zhì)量控制（Mitochondrial Quality Control, MQC）對維持 細(xì)胞健康與功能至關(guān)重要(7-9)。越來越多的證據(jù)表明，線粒體功能障礙在 細(xì)胞衰竭過程中發(fā)揮重要作用，如顯性T2D可表現(xiàn)為 細(xì)胞中線粒體氧化磷酸化能力的獲得性或遺傳性降低、線粒體可塑性以及線粒體含量的降低(10)；線粒體的單基因功能障礙和線粒體來源ROS產(chǎn)生均會誘導(dǎo) 細(xì)胞衰竭導(dǎo)致2型糖尿病樣綜合征(11, 12)。
中國科學(xué)院上海藥物研究所李靜雅團隊，長期致力于探索代謝性疾病中的線粒體穩(wěn)態(tài)失衡分子機制。近年來針對營養(yǎng)與環(huán)境誘導(dǎo)的疾病模型肝、腎和脂肪組織中線粒體穩(wěn)態(tài)失衡，開展調(diào)控機制以及干預(yù)策略研究，相關(guān)學(xué)術(shù)論文發(fā)表于Cell Metabolism (2021)、Kidney International (2021)、Acta Pharmaceutica Sinica B (2023)和Diabetes (2019&2021)等期刊。譚敏佳課題組主要從事基于蛋白組學(xué)技術(shù)的蛋白修飾調(diào)控機制和藥物精準(zhǔn)干預(yù)策略研究，發(fā)表于Cell Metabolism (2021)、Molecular Cell?(2021) 、Cell (2018&2020) 等研究工作突破了對多種蛋白翻譯后修飾在生理病理過程中的多樣性、動態(tài)性、交互性等復(fù)雜特征的認(rèn)知局限。
2024年02月07日，李靜雅課題組和譚敏佳課題組合作，聯(lián)合浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院孟卓賢課題組、上海交通大學(xué)附屬仁濟醫(yī)院吳琳石研究團隊于Science Translational Medicine雜志發(fā)表題為“DRAK2 suppresses autophagy by phosphorylating ULK1 at Ser56 to diminish pancreatic?? cell function upon overnutrition”的研究成果。研究首次揭示了DRAK2（死亡相關(guān)凋亡誘導(dǎo)蛋白激酶2）與自噬/線粒體自噬起始復(fù)合物關(guān)鍵蛋白ULK1存在相互作用并磷酸化ULK1-Ser56位點后，促進其泛素化降解、阻滯線粒體自噬介導(dǎo)線粒體穩(wěn)態(tài)失衡的分子機制，為糖尿病緩解提供了潛在干預(yù)靶標(biāo)。
研究人員在高血糖人臨床胰腺樣本以及糖尿病猴胰腺樣本中，均發(fā)現(xiàn)DRAK2蛋白異常高表達。在糖尿病模型小鼠（db/db小鼠）胰腺中也檢測到DRAK2蛋白水平增加，自噬受阻及凋亡增加的現(xiàn)象。通過構(gòu)建胰島 細(xì)胞中特異性敲除Drak2-cKO的小鼠，發(fā)現(xiàn)Drak2-cKO小鼠能夠抵抗高脂飲食誘導(dǎo)的胰島功能損傷；透射電鏡結(jié)果發(fā)現(xiàn)Drak2-cKO小鼠胰島 細(xì)胞的線粒體和胰島素囊泡的質(zhì)量與數(shù)量均優(yōu)于對照小鼠，且能觀察到明顯的（包裹線粒體）自噬小體。機制上，通過Drak2-cKO小鼠胰島磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析，挖掘到ULK1是DRAK2參與自噬調(diào)控的潛在底物，證明了DRAK2能夠與ULK1相互作用，并確認(rèn)ULK1的Ser56是DRAK2直接磷酸化修飾新位點。通過ULK1-S56A突變可逆轉(zhuǎn)DRAK2過表達造成的 細(xì)胞線粒體功能和糖刺激胰島素分泌能力（Glucose Stimulated Insulin Secretion, GSIS）損傷，論證了DRAK2通過與ULK1互作并直接磷酸化ULK1-Ser56位點、促進ULK1泛素化降解而負(fù)調(diào)控自噬、損傷線粒體質(zhì)量和 細(xì)胞功能的分子機制。
為論證DRAK2-ULK1調(diào)節(jié)軸在胰島 細(xì)胞損傷與高血糖癥發(fā)展中的作用，研究人員利用已報道的DRAK2工具抑制劑22b進行體內(nèi)外功能評價，發(fā)現(xiàn)22b能夠改善臨床捐獻的人胰島功能、改善INS-1E細(xì)胞線粒體功能；可改善db/db小鼠糖耐量，增強小鼠胰島響應(yīng)葡萄糖刺激釋放胰島素的能力，維持小鼠胰島中ULK1蛋白水平。論證了靶向胰腺DRAK2可實現(xiàn)線粒體功能保護、 細(xì)胞功能保護，緩解糖尿病病癥的可行性。
綜上，此研究首次論證了DRAK2-ULK1軸介導(dǎo) 細(xì)胞線粒體質(zhì)量控制的分子機制，增加了科研人員對于線粒體受損在T2D病理發(fā)展作用的認(rèn)識。揭示胰島 細(xì)胞功能損傷和線粒體穩(wěn)態(tài)失衡的新病理分子機制，為治療T2D和糖尿病緩解提供了潛在藥物靶標(biāo)。
圖1. DRAK2-ULK1介導(dǎo)胰島 細(xì)胞線粒體穩(wěn)態(tài)調(diào)控的分子機制
上海藥物所副研究員盧玉婷、徐駿宇、李玉峰，中國科學(xué)院大學(xué)杭州高等研究院博士后王若然、博士研究生戴成球，為本文共同第一作者。上海藥物所李靜雅研究員、譚敏佳研究員，浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院孟卓賢研究員及上海交通大學(xué)附屬仁濟醫(yī)院吳琳石副主任，為本文共同通訊作者。華東師范大學(xué)湯杰教授、楊帆教授為本項目做出重要貢獻。該工作得到國家自然科學(xué)基金委重大研究計劃培育項目、上海市自然基金委、浙江省自然基金委等項目的資助。特別感謝上海藥物所李佳研究員、徐華強研究員，海軍軍醫(yī)大學(xué)章衛(wèi)平教授，蒙特利爾大學(xué)吳江平教授，密歇根大學(xué)林建諜教授、芮良優(yōu)教授和墨爾本皇家理工大學(xué)葉冀明教授在課題研究中給予的建設(shè)性意見和專業(yè)領(lǐng)域支持。
參考文獻
1.N. A. ElSayed et al., 2. Classification and Diagnosis of Diabetes: Standards of Care in Diabetes-2023. Diabetes Care 46, S19-S40 (2023).
2.R. C. W. Ma, Epidemiology of diabetes and diabetic complications in China. Diabetologia 61, 1249-1260 (2018).
3.Y. Zheng, S. H. Ley, F. B. Hu, Global aetiology and epidemiology of type 2 diabetes mellitus and its complications. Nature Reviews. Endocrinology 14, 88-98 (2018).
4.V. W. Zhong et al., Achievement of Guideline-Recommended Targets in Diabetes Care in China : A Nationwide Cross-Sectional Study. Ann Intern Med 176, 1037-1046 (2023).
5.A. Wiederkehr, C. B. Wollheim, Minireview: Implication of mitochondria in insulin secretion and action. Endocrinology 147, 2643-2649 (2006).
6.B. A. Kaufman, C. Li, S. A. Soleimanpour, Mitochondrial regulation of beta-cell function: maintaining the momentum for insulin release. Mol Aspects Med 42, 91-104 (2015).
7.V. Sidarala et al., Mitophagy protects beta cells from inflammatory damage in diabetes. Jci Insight 5,? (2020).
8.G. Pearson, S. A. Soleimanpour, Visualization of Endogenous Mitophagy Complexes In Situ in Human Pancreatic Beta Cells Utilizing Proximity Ligation Assay. Jove-J Vis Exp,? (2019).
9.A. Goginashvili et al., Insulin secretory granules control autophagy in pancreatic beta cells. Science 347, 878-882 (2015).
10.J. Szendroedi, E. Phielix, M. Roden, The role of mitochondria in insulin resistance and type 2 diabetes mellitus. Nat Rev Endocrinol 8, 92-103 (2011).
11.J. A. Maassen et al., Mitochondrial diabetes: molecular mechanisms and clinical presentation. Diabetes 53 Suppl 1, S103-109 (2004).
12.S. Lim et al., Mitochondria-targeted antioxidants protect pancreatic beta-cells against oxidative stress and improve insulin secretion in glucotoxicity and glucolipotoxicity. Cell Physiol Biochem 28, 873-886 (2011).
