肝细胞精氨酸酶2的结构-功能分析揭示线粒体尿素水解是葡萄糖氧化的决定因素

背景与目的：恢复肝脏和外周胰岛素敏感性对于预防或逆转代谢综合征和2型糖尿病至关重要。葡萄糖稳态部分包括肝脏葡萄糖产生的复杂调节以及外周组织中胰岛素介导的葡萄糖摄取和氧化。我们先前将肝细胞精氨酸酶2（Arg2）鉴定为一种可诱导的尿素水解酶，可在多种肥胖、胰岛素抵抗模型中改善葡萄糖稳态并增强葡萄糖氧化。因此，我们研究了肝细胞Arg2调节系统性胰岛素作用和葡萄糖氧化的结构-功能决定因素。方法：为此，我们生成了表达野生型小鼠Arg2、酶失活Arg2（Arg2H160F）和缺乏推定线粒体靶向序列的Arg2（Arg2Δ1-22）的小鼠。我们在肥胖、糖尿病（db/db）小鼠中表达了这些肝细胞特异性构建体，并在肝细胞特异性Arg2缺陷（Arg2LKO）小鼠中进行了遗传互补分析。结果：我们表明，Arg2可减轻肝脏脂肪变性，这与线粒体定位或尿素水解酶活性无关，并且酶促精氨酸酶活性对于Arg2增加全身能量消耗是可有可无的。相比之下，线粒体定位和尿素水解酶活性是Arg2介导的空腹血糖和胰岛素抵抗指数降低所必需的。机制上，Arg2Δ1-22和Arg2H160F在高胰岛素-正常血糖钳夹期间未能抑制葡萄糖出现。重同位素标记的葡萄糖氧化的量化进一步表明，错误定位或消除Arg2酶功能会消除Arg2诱导的外周葡萄糖氧化。结论：我们得出结论，Arg2的代谢作用超出其酶活性，但肝细胞线粒体尿素水解驱动肝脏和外周氧化代谢。这些数据定义了一种基于结构的机制，介导肝细胞Arg2功能，并将肝细胞线粒体尿素水解指定为哺乳动物葡萄糖氧化能力的关键决定因素。