近日，《Cell Metabolism》在線發(fā)表了哈佛大學公共衛(wèi)生學院Gkhan S. Hotamisligil團隊名為“Intercellular Transmission of Hepatic ER Stress in Obesity Disrupts Systemic Metabolism”的研究。該研究表明，營養(yǎng)過剩會加劇組織的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，并通過細胞通訊傳遞到臨近細胞，促進肝脂肪變性、損害了全身葡萄糖代謝。

Endoplasmic reticulum stress (ERS) has a pathophysiological role in obesity-associated insulin resistance. Yet, the coordinated tissue response to ERS remains unclear. Increased connexin 43 (Cx43)-mediated intercellular communication has been implicated in tissue-adaptive and -maladaptive response to various chronic stresses. Here, we demonstrate that in hepatocytes, ERS results in increased Cx43 expression and cell-cell coupling. Co-culture of ER-stressed “donor” cells resulted in intercellular transmission of ERS and dysfunction to ERS-naive “recipient” cells (“bystander response”), which could be prevented by genetic or pharmacologic suppression of Cx43. Hepatocytes from obese mice were able to transmit ERS to hepatocytes from lean mice, and mice lacking liver Cx43 were protected from diet-induced ERS, insulin resistance, and hepatosteatosis. Taken together, our results indicate that in obesity, the increased Cx43-mediated cell-cell coupling allows intercellular propagation of ERS. This novel maladaptive response to over-nutrition exacerbates the tissue ERS burden, promoting hepatosteatosis and impairing whole-body glucose metabolism.

在多細胞生物中，形態(tài)和功能的多樣性是動物進化的關鍵，其中細胞通訊是細胞間進行相互作用的有效途徑。縫隙連接(GJ)是最常見的細胞間通訊形式之一，GJ蛋白在多種生理過程中發(fā)揮著關鍵作用，如分化和增殖、神經(jīng)元信號、激素分泌和免疫反應。在21個人類Cx（connexin）基因中，連接蛋白43(Cx43)是一個43 kDa的蛋白，是最普遍和最關鍵的GJ蛋白，在許多組織中發(fā)揮著重要的發(fā)育、調(diào)節(jié)和病理生理作用。

當肥胖和2型糖尿病困擾人們時，機體會處于低水平的代謝性炎癥和細胞應激狀態(tài)。特別是，肝臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激（ERS）和功能障礙在調(diào)控胰島素抵抗和糖尿病發(fā)展的應激信號網(wǎng)絡中起著關鍵作用，從而破壞系統(tǒng)血糖穩(wěn)態(tài)。目前細胞通訊在組織和器官水平上協(xié)調(diào)反應的潛在作用尚不清楚。

首先，研究人員評估了ERS對肝細胞系和分離的原代小鼠肝細胞中Cx43表達的直接影響，發(fā)現(xiàn)化學誘導ER應激可使Cx43水平升高。并且，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激可增加GJ介導的細胞-細胞通訊

肝細胞中肥胖可增加Cx43的表達

隨后，研究人員將C57BL/6小鼠暴露于高脂飲食(HFD)16周，發(fā)現(xiàn)HFD飲食導致肝臟ER增加，Cx43的表達升高。值得注意的是，肝臟中Cx43表達的增加發(fā)生在過度營養(yǎng)的早期，僅在服用HFD 3天后觀察到。

Cx43介導細胞間通訊

除此之外研究人員還發(fā)現(xiàn)，Cx43介導的ER細胞間傳遞可引起受體細胞分子伴侶的活性和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)折疊能力降低，以及胰島素抵抗。肝臟中Cx43缺失，可降低肝細胞-肝細胞間通訊，阻止內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激在細胞間傳遞，對飲食誘導的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激、肝骨病和全身代謝改變具有保護作用

肥胖時Cx43介導有害的細胞間通訊，導致脂肪肝和新陳代謝改變

總而言之，研究人員首次發(fā)現(xiàn)在飲食誘導的肥胖早期Cx43就表達上調(diào)，導致Cx43介導的細胞間通訊增加，從而使得內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激信號傳遞到鄰近細胞，導致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能受損和胰島素抵抗。通過調(diào)控Cx43的水平可改善全身的葡萄糖代謝，起到有效的保護作用。

研究用相關儀器設備： 離心機、PCR、電泳、顯微鏡等