清华大学生命科学学院研究员王一国课题组近期在Nature发文, 报导了CRTC2介导的mTOR信号通路，调节SREBP1脂合成代谢的过程, 揭示了代谢性疾病中肝脏脂代谢紊乱的重要分子机制。

SREBP1与脂稳态

CRTC2与糖代谢

CRTC2调控脂代谢

脂合成是脂肪酸合成以及甘油三酯形成的过程，脂合成的增强可以导致甘油三酯在肝脏中的异常积累, 进而引起非酒精性脂肪肝和胰岛素耐受。固醇调控元件结合蛋1(sterol regulatoryelement-binding protein 1, SREBP1)是调控脂合成的重要转录调控因子, 它是一个以非活性前体形式存在于内质网的跨膜蛋白。

在胰岛素信号通路被激活后或者在响应低固醇水平信号时, SREBP1 以依赖于外壳蛋白复合物II(coat proteincomplex II, COPII)的方式从内质网被转运到高尔基体, 通过蛋白酶剪切, 成熟后的SREBP1进入细胞核促进脂生成有关基因的表达。在肥胖、二型糖尿病以及脂肪肝模型小鼠体内SREBP1的活性显著增强, 然而这一现象的分子机制并不清楚。尽管最近的研究表明, SREBP1的活性依赖于mTOR, 但具体的调控机制仍不清楚。

SREBP1与脂稳态

CRTC2与糖代谢

CRTC2调控脂代谢

CREB转录激活因子2(coactivator 2, CRTC2)是一个可以在细胞质和细胞核之间穿梭的蛋白, 目前关于CRTC2的研究主要集中于它在细胞核内的功能。

在基础状态下, CRTC2处于磷酸化状态并通过结合14-3-3蛋白定位于细胞质; 当受到胞内的钙离子和环腺苷酸信号调控时, CRTC2被钙调磷酸酶去磷酸化, 去磷酸化的CRTC2进入细胞核促进其靶基因的转录。

在细胞核内, CRTC2作为一个转录激活子通过结合不同的转录因子在糖异生和内质网应激过程中发挥重要作用, 但至今我们对 CRTC2在细胞质内的功能知之甚少。尽管目前关于 CRTC家族成员的研究主要集中在它们在糖代谢中所发挥的作用, 但也有一些研究显示, CRTC家族在脂代谢中可能起着重要作用。

SREBP1与脂稳态

CRTC2与糖代谢

CRTC2调控脂代谢

利用Crtc2敲除小鼠进行研究, 发现无论在正常食物喂养条件下还是在高脂食物喂养条件下, Crtc2敲除小鼠肝脏中甘油三酯含量与野生型小鼠相比均有显著增加。进一步的研究发现, 甘油三酯含量的增加与SREBP1活性的增强以及CRTC2细胞质的功能密切相关。

之前的研究表明, CRTC2在细胞质中富集于内质网周围。这些结果提示, CRTC2可能参与了SREBP1转运过程的调控。通过对内质网组分的亚细胞分离及相互作用蛋白质的分析发现, CRTC2和COPII复合物中的一个亚基Sec31A存在相互作用。

同时, 研究结果表明, CRTC2上Trp143这个位点对CRTC2与Sec31A 之间的相互作用很重要。Sec31A的C-端不仅结合 CRTC2, 而且也是其与Sec23A相互作用的区域推测, CRTC2可能阻碍了Sec31A与Sec23A的相互作用, 体内外的实验结果证实了这一推测。因此, 这些结果表明, CRTC2通过和Sec23A竞争性结合Sec31A来调控SREBP1的转运和加工成熟过程。

胰岛素信号和营养信号可以调控SREBP1的成熟过程及其转录因子活性, 研究人员推测CRTC2和 Sec31A的相互作用可能受到激素和营养物质的调控, 进而调控了SREBP1的激活。实验证明, 胰岛素和氨基酸均可以减弱CRTC2和Sec31A的相互作用并增强Sec23A和Sec31A的相互作用。

同时，通过体内和体外实验发现, mTOR可以在Ser136这个位点直接磷酸化CRTC2, CRTC2的磷酸化缺陷突变体CRTC2(S136A)减弱了胰岛素对Sec23A:Sec31A之间相互作用的调节。

利用肥胖和糖尿病模型小鼠分析了CRTC2的磷酸化及其调控作用。研究结果表明, 在肥胖和糖尿病模型小鼠中, mTOR对CRTC2 Ser136的磷酸化显著增强, CRTC2 和Sec31A的相互作用减弱; 同时, Sec31A和Sec23A 的相互作用增强。另外, 通过表达磷酸化缺陷的 CRTC2突变体CRTC2(ΔTAD/S136A)可以降低高脂食物喂养的小鼠肝脏中SREBP1的活性和甘油三酯的含量、增强小鼠的胰岛素敏感性。

综上所述, CRTC2介导了mTOR信号通路对SREBP1活性和脂合成代谢的调节, 揭示了代谢性疾病中肝脏脂代谢紊乱的重要分子机制。

这项工作的重要意义在于: (1)发现CRTC2除了入核调控糖代谢之外, 定位于细胞质的CRTC2发挥着调控脂代谢的重要功能; (2)阐明了mTOR信号通路对 SREBP1活性调控的一种分子机制; (3)解释了在肥胖、糖尿病和脂肪肝患者体内SREBP1活性增强的分子机理, 为这类疾病的治疗提供了新的思路。