LANCL1 binds abscisic acid and stimulates glucose transport and mitochondrial respiration in muscle cells via the AMPK/PGC-1a/Sirt1 pathway

LANCL1 結(jié)合脫落酸并通過(guò) AMPK PGC-1α Sirt1 通路刺激肌肉細(xì)胞中的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)和線粒體呼吸

來(lái)源：MOLECULAR METABOLISM 53 (2021) 101263

 

1. 摘要核心內(nèi)容

 

本研究首次證實(shí)LANCL1是ABA的高親和力受體（Kd ≈ 4.3 μM），與LANCL2功能冗余但親和力略低。核心發(fā)現(xiàn)：

 

分子結(jié)合：人源重組LANCL1通過(guò)平衡結(jié)合實(shí)驗(yàn)、表面等離子共振（SPR）和熒光淬滅實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證ABA結(jié)合能力（圖1-2）；

 

 

 

細(xì)胞功能：在L6肌母細(xì)胞中，過(guò)表達(dá)LANCL1或LANCL2均能增強(qiáng)ABA刺激的葡萄糖攝取（4倍），上調(diào)GLUT4/GLUT1表達(dá)（4-6倍），激活A(yù)MPK/PGC-1α/Sirt1通路（2倍），并提升線粒體呼吸（5倍）及解偶聯(lián)蛋白（UCP3、sarcolipin）表達(dá)（圖3-5）；

 

 

 

 

動(dòng)物模型：LANCL2敲除（KO）小鼠通過(guò)自發(fā)上調(diào)LANCL1補(bǔ)償ABA功能，慢性ABA治療（1 μg/kg/天）改善葡萄糖耐量，并顯著提升肌肉GLUT4/GLUT1（20倍）和線粒體基因表達(dá)（圖6）。

 

 

2. 研究目的

 

驗(yàn)證LANCL1是否作為ABA受體，填補(bǔ)LANCL2缺失時(shí)的功能空缺；

 

解析LANCL1介導(dǎo)的ABA信號(hào)通路（AMPK/PGC-1α/Sirt1）；

 

探究LANCL1/2在胰島素非依賴性葡萄糖攝取和能量代謝中的進(jìn)化意義。

 

3. 研究思路

 

分子→細(xì)胞→動(dòng)物三層次驗(yàn)證：

 

分子結(jié)合驗(yàn)證：

 

表達(dá)純化人源LANCL1蛋白，通過(guò)SPR、熒光淬滅和[3H]ABA平衡結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)定ABA親和力（圖1-2）；

 

圓二色譜（CD）分析pH穩(wěn)定性，確認(rèn)蛋白結(jié)構(gòu)完整性（圖1C）。

 

細(xì)胞功能研究：

 

構(gòu)建L6肌母細(xì)胞模型：過(guò)表達(dá)/沉默LANCL1/2（圖3A）；

 

檢測(cè)葡萄糖類似物（NBDG）攝取、GLUT4/1膜轉(zhuǎn)位（圖3B, 4C）；

 

qPCR/WB分析AMPK/PGC-1α/Sirt1通路激活（圖3C-D, 4A-B）；

 

丹麥Unisense電極實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞耗氧率（圖5C）。

 

動(dòng)物模型驗(yàn)證：

 

LANCL2 KO小鼠口服葡萄糖耐量試驗(yàn)（OGTT）（圖6A）；

 

慢性ABA處理后的肌肉基因表達(dá)分析（GLUT4、UCP3、sarcolipin）（圖6C-D）。

 

4. 關(guān)鍵數(shù)據(jù)及研究意義

（1）LANCL1的ABA結(jié)合特性（圖1-2）

 

數(shù)據(jù)：

 

SPR：Kd = 11.5 μM（圖2A右）；

 

熒光淬滅：Kd = 4.3 μM（圖2B）；

 

[3H]ABA平衡結(jié)合：Kd ≈ 1-10 μM（圖2A左）。

 

意義：首次證實(shí)LANCL1是ABA功能性受體，親和力與LANCL2相當(dāng)（LANCL2 Kd ≈ 1.0 μM），為受體冗余提供分子基礎(chǔ)。

 

（2）葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)與信號(hào)通路（圖3-4）

 

數(shù)據(jù)：

 

NBDG攝取：LANCL1過(guò)表達(dá)使ABA刺激的葡萄糖攝取↑4倍（圖3B）；

 

GLUT4/1表達(dá)：mRNA↑4-6倍，膜轉(zhuǎn)位↑2-8倍（圖3C, 4C）；

 

AMPK/PGC-1α/Sirt1：蛋白表達(dá)及磷酸化↑2倍（圖4A）。

 

意義：LANCL1通過(guò)AMPK/PGC-1α/Sirt1軸激活胰島素非依賴性葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)，為糖尿病治療提供新靶點(diǎn)。

 

（3）線粒體功能調(diào)控（圖5-6）

 

數(shù)據(jù)：

 

線粒體DNA含量：LANCL1過(guò)表達(dá)↑2倍（圖5B）；

 

解偶聯(lián)蛋白：UCP3 mRNA↑12倍，sarcolipin↑3倍（圖5A）；

 

耗氧率：ABA刺激后細(xì)胞呼吸↑5倍（圖5C）。

 

意義：LANCL1通過(guò)上調(diào)UCP3/sarcolipin增強(qiáng)線粒體解偶聯(lián)和能量消耗，提示其在代謝疾病中的調(diào)控作用。

 

5. 核心結(jié)論

 

LANCL1是新型ABA受體：與LANCL2共享低微摩爾級(jí)親和力（Kd ≈ 4.3 μM），功能冗余但親和力略低；

 

信號(hào)通路保守性：兩者均通過(guò)AMPK/PGC-1α/Sirt1通路激活GLUT4/1轉(zhuǎn)位和線粒體呼吸；

 

進(jìn)化優(yōu)勢(shì)：受體冗余保障ABA在胰島素非依賴性葡萄糖攝取中的核心作用，尤其在LANCL2缺失時(shí)（如KO小鼠）；

 

治療潛力：慢性ABA治療可逆轉(zhuǎn)LANCL2 KO小鼠的糖耐量異常，為代謝性疾病提供干預(yù)策略。

 

6. 丹麥Unisense電極的研究意義

 

技術(shù)原理與數(shù)據(jù)：

 

功能：采用Unisense氧敏感微電極（圖5C）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)封閉腔室內(nèi)L6肌母細(xì)胞的溶解氧濃度：

 

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)：每30秒記錄氧濃度變化，持續(xù)10分鐘（方法部分）；

 

關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)：比較空載體（PLV）與LANCL1/2過(guò)表達(dá)細(xì)胞的基礎(chǔ)耗氧率及ABA刺激后耗氧率（100 nM ABA預(yù)處理12小時(shí)）。

 

關(guān)鍵參數(shù)：

 

基礎(chǔ)耗氧：LANCL1/2過(guò)表達(dá)細(xì)胞耗氧率↑2倍（vs. PLV）；

 

ABA刺激：耗氧率進(jìn)一步↑5倍（圖5C）。

 

科學(xué)價(jià)值：

 

精準(zhǔn)量化線粒體功能：

 

直接證實(shí)LANCL1/2過(guò)表達(dá)提升基礎(chǔ)呼吸容量（反映線粒體數(shù)量/功能增強(qiáng)）；

 

揭示ABA通過(guò)LANCL1/2觸發(fā)最大呼吸速率提升（5倍），證明受體介導(dǎo)的代謝爆發(fā)效應(yīng)。

 

技術(shù)優(yōu)勢(shì)突破：

 

高時(shí)空分辨率：秒級(jí)監(jiān)測(cè)捕捉耗氧動(dòng)力學(xué)，規(guī)避傳統(tǒng)終點(diǎn)法誤差；

 

生理相關(guān)性：活細(xì)胞實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免離體線粒體提取的活性損失。

 

機(jī)制深度解析：

 

結(jié)合UCP3/sarcolipin上調(diào)數(shù)據(jù)（圖5A），明確LANCL1/2通過(guò)增強(qiáng)解偶聯(lián)提升呼吸效率；

 

為"ABA-LANCL通路增強(qiáng)能量代謝"理論提供直接生理功能證據(jù)。

 

領(lǐng)域貢獻(xiàn)：

 

首次將Unisense電極技術(shù)應(yīng)用于ABA受體功能研究，確立其為代謝研究金標(biāo)準(zhǔn)；

 

揭示線粒體呼吸調(diào)控是LANCL1/2的核心效應(yīng)，為肥胖/糖尿病機(jī)制研究提供新視角。

 

創(chuàng)新點(diǎn)圖示：

 

ABA結(jié)合LANCL1/2 → 激活A(yù)MPK磷酸化 → 上調(diào)PGC-1α/Sirt1 →  

│ → GLUT4/1轉(zhuǎn)位 → 葡萄糖攝取↑  

└ → UCP3/sarcolipin表達(dá)↑ → 線粒體解偶聯(lián) → 耗氧率↑

 

臨床啟示：

 

糖尿病治療：靶向LANCL1/2或ABA信號(hào)可繞過(guò)胰島素抵抗；

 

代謝健康：增強(qiáng)線粒體呼吸效率有望對(duì)抗肥胖相關(guān)代謝紊亂。