表皮调节素作为瘦素受体的替代配体在不变肥胖的情况下缓解葡萄糖不耐受

Epiregulin as an Alternative Ligand for Leptin Receptor Alleviates Glucose Intolerance without Change in Obesity.

作者信息No-Joon Song, Aejin Lee, Rumana Yasmeen, Qiwen Shen, Kefeng Yang, Shashi Bhushan Kumar, Danah Muhanna, Shanvanth Arnipalli, Sabrena F Noria, Bradley J Needleman, Jeffrey W Hazey, Dean J Mikami, Joana Ortega-Anaya, Rafael Jiménez-Flores, Jeremy Prokop, Ouliana Ziouzenkova
PMID35159237
期刊Cells
发布时间2022-01-26
DOI10.3390/cells11030425

实验完整度

包含体内动物模型(Lepob和Leprdb小鼠)、体外细胞实验(3T3-L1、人SVF细胞)、免疫沉淀、QCM-D结合实验及计算建模等多层级验证,并明确功能验证和机制探索。

主要模型

Lepob小鼠(瘦素缺乏) Leprdb小鼠(瘦素受体缺乏) 3T3-L1前脂肪细胞 人SVF细胞(来自肥胖受试者)

重点核对

EREG与LepR的免疫共沉淀 LepR和EREG的QCM-D结合分析 EREG激活ERK信号通路 GLUT4转位实验 EGFR抑制剂对EREG促葡萄糖摄取的影响

摘要

瘦素受体(LepR)作为调节葡萄糖摄取和肥胖及其他代谢反应的信号枢纽。在瘦素缺乏条件下,LepR的功能作用仍不清楚。本研究报道,在瘦素缺乏条件下,表皮调节素(EREG)通过激活LepR在体外和体内调节Lepob小鼠的葡萄糖摄取。单次和长期EREG治疗有效挽救了Lepob小鼠在胰岛素和EREG耐受性试验中的葡萄糖不耐受。免疫沉淀研究揭示了EREG与LepR在Lepob小鼠脂肪组织中的结合。EREG/LepR通过包括ERK激活和GLUT4向细胞表面转位的机制,在不变肥胖的情况下调节Lepob小鼠的葡萄糖摄取。EREG依赖性葡萄糖摄取在Leprdb小鼠中被消除,这支持了LepR在这一过程中的关键作用。相反,抑制典型的表皮生长因子受体(EGFR)通路(该通路与其他EREG反应有关)增加了葡萄糖摄取。我们的数据为理解EREG的血糖反应提供了基础,这些反应依赖于LepR,与EGFR介导的功能不同,包括瘦素分泌、产热、疼痛、生长和其他反应。计算分析确定了保守的氨基酸序列,支持EREG作为LepR替代配体的进化作用。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
在瘦素缺乏条件下,LepR是否能有其他配体激活并调节葡萄糖代谢?
核心机制
EREG作为LepR的替代配体,结合LepR后激活ERK信号通路,促进GLUT4转位至细胞膜,增加葡萄糖摄取,不依赖EGFR。
主要证据
通过免疫沉淀和QCM-D证明EREG与LepR结合;在Lepob小鼠中EREG改善葡萄糖耐受并增加葡萄糖摄取,而在Leprdb小鼠中效应消失;细胞实验显示EREG激活ERK和GLUT4转位,EGFR抑制不阻断其效应。
研究意义
该研究提供了一种在瘦素缺乏或抵抗情况下调节血糖的新途径,可能为治疗2型糖尿病提供新策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

体内长期EREG处理对Lepob和Leprdb小鼠的影响

评估长期EREG处理对瘦素缺乏和瘦素受体缺乏小鼠体重、体脂和葡萄糖耐受性的影响

对Lepob和Leprdb小鼠隔日腹腔注射EREG(50 ng/g体重)或PBS,持续26天或4周,测量体重、体脂组成(EchoMRI),进行GTT和胰岛素水平检测。

2

单次EREG处理的急性效应

评估单次EREG注射对Lepob小鼠血糖的影响

对Lepob小鼠单次注射EREG(50 ng/g BW)或PBS,进行GTT和胰岛素/EREG耐受测试,测量血糖变化。

3

EREG与LepR结合的生化验证

验证EREG与LepR之间的物理相互作用

通过免疫沉淀(IP)从Lepob小鼠皮下和内脏脂肪中提取EREG复合物,用Western blot检测LepR;使用QCM-D分析重组LepR与EREG的结合动力学。

4

体外葡萄糖摄取实验

验证EREG在细胞水平促进葡萄糖摄取及依赖LepR的机制

在3T3-L1前脂肪细胞、人SVF细胞中,使用荧光葡萄糖类似物(FD-glucose)检测EREG刺激的葡萄糖摄取,并使用不同抑制剂(EGFR、PI3K、ERK等)探索信号通路。

5

信号通路机制研究

确定EREG激活的下游信号通路

通过Western blot检测EREG刺激后AKT、STAT3、STAT5、ERK的磷酸化;使用特异性抑制剂研究通路需求。

6

GLUT4转运分析

验证EREG刺激后GLUT4转位至细胞膜

在NIH-3T3细胞中瞬时转染pB-GLUT4-7myc-GFP,EREG或胰岛素刺激后,通过荧光显微镜观察GLUT4的细胞膜定位。

7

计算建模预测EREG与LepR结合位点

预测EREG与LepR的结合模式及保守氨基酸

使用HADDOCK2.2对EREG与LepR进行对接,分析175种脊椎动物的EREG进化保守性,鉴定关键氨基酸(H78, R102, H105)。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
3T3-L1细胞----
基质血管组分----
小鼠重组EREGSino Biological50599-M01H
人重组EREGR&D Systems1195-EP/CF
小鼠重组EGFThermoFisher ScientificPMG8041
小鼠重组瘦素PeproTech450-31
胰岛素Sigma-Aldrich--
酪氨酸磷酸化抑制剂AG 1478Santa Cruz Biotechnology175178-82-2
阿利替尼(AST-1306)SelleckChem1050500-29-2
卡奈替尼SelleckChem267243-28-7
BMS 536924Tocris Bioscience468740-43-4
AZM475271ThermoFisher Scientific476159-98-5
U0126Tocris Bioscience109511-58-2
SCH772984Selleck Chemicals942183-80-4
DEL-22379Selleck Chemicals181223-80-3
渥曼青霉素Cayman Chemical19545-26-7
细胞葡萄糖摄取检测试剂盒Cayman Chemical600470
pB-GLUT4-7myc-GFP质粒Addgene52872
FuGENE 6转染试剂Promega--
小鼠AKT等抗体Cell Signaling Technology4691S等
LepR抗体ThermoFisher ScientificPA1-28844
β-肌动蛋白抗体Sigma-AldrichA5441
磁珠Thermo Fisher Scientific14321D
小鼠EREG抗体Santa Cruz Biotechnologysc-376284
小鼠LepR抗体ProteinTech20966-1-AP
小鼠胰岛素ELISA试剂盒EMD MilliporeEZRMI-13K
小鼠瘦素ELISA试剂盒Crystal Chem90030
Q-Sense ExplorerBiolin Scientific--
小鼠重组LepR蛋白R&D Systems497-LR/CF
小鼠瘦素Crystal Chem90030-B
EchoMRI-100HEchoMRI--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型与给药
Lepob和Leprdb小鼠的品系、年龄、性别、EREG剂量、注射频率和持续时间
阅读提示:Methods 2.3 Animal Studies
GTT/ITT
禁食时间、葡萄糖/胰岛素/EREG剂量、注射途径、血糖测量时间点
阅读提示:Methods 2.4 and 2.5
免疫沉淀
组织来源、抗体、孵育时间、蛋白量
阅读提示:Methods 2.11 Immunoprecipitation
葡萄糖摄取实验
细胞类型、处理浓度、时间、抑制剂浓度
阅读提示:Methods 2.8 Glucose Uptake Assay
信号通路分析
刺激时间、抗体、抑制剂
阅读提示:Methods 2.10 Western Blot, Figure 4