综述Regulation of hepatic glucose metabolism in health and disease。
Figure1 肝糖异生的调节。
肝脏糖异生受底物可用性(Substrate,浅蓝色框)、代谢物变构体(Allostery,绿色框)、转录机制(Transcriptional,紫色框)和细胞氧化还原状态(Redox,深蓝色框)的调节。
小的向上和向下箭头分别代表蛋白质水平或活性的增加或减少。虚线箭头代表糖酵解。
WAT中的脂肪分解产生NEFA和甘油(glycerol),这两种物质都可以刺激糖异生。
NEFA
- NEFA的β-氧化产生线粒体乙酰辅酶A(acetyl-CoA),它通过变构激活丙酮酸羧化酶 (PC) 来促进糖异生,进而催化丙酮酸(pyruvate)转化为糖异生底物草酰乙酸(oxaloacetate)。
甘油
- 甘油可以被磷酸化并转化为糖异生前体磷酸二羟丙酮 (DHAP)。
- 该过程受到二甲双胍(metformin)的抑制,二甲双胍是线粒体甘油3-磷酸脱氢酶 (mGPD) 的非竞争性抑制剂。抑制 mGPD 会损害 DHAP 的产生,从而导致甘油的糖异生减少。
- 此外,由抑制 mGPD 产生的细胞质内氧化还原状态([NADH+ ]:[NAD + ]) 增加,会抑制依赖于氧化还原状态的乳酸脱氢酶 (LDH),从而限制丙酮酸的产生,进而限制乳酸的糖异生。
与这些激素对肝糖原代谢的影响相比,胰高血糖素和胰岛素对糖异生的转录调控相对缓慢,分别主要通过对糖异生基因PCK1和G6PC的转录激活和抑制起作用。
胰岛素
- 胰岛素与胰岛素受体 (INSR) 的结合导致 AKT 的激活,它使转录因子FOXO1磷酸化并从细胞核中排出。在没有胰岛素的情况下,FOXO1 与其共激活因子PGC1α促进糖异生基因转录。
胰高血糖素
- 胰高血糖素与胰高血糖素受体 (GCGR) 结合会增加细胞内cAMP浓度并激活蛋白激酶 A (PKA),后者可磷酸化IP3R,增加胞质 Ca2+水平和激活 CRTC2。
- GCGR 依赖的 PKA 激活也通过诱导糖酵解调节酶的抑制性磷酸化发挥作用,包括PFK2/FBPase-2和L-PK,以减少葡萄糖氧化,从而有利于葡萄糖的净生产。
abbreviation
WAT:white adipose tissue,白色脂肪组织
NEFA:Non-esterified fatty acids,游离脂肪酸,又称free fatty acids
glycerol:甘油
acetyl-CoA:乙酰辅酶A
PC:pyruvate carboxylase, 丙酮酸羧化酶
pyruvate:丙酮酸
oxaloacetate:草酰乙酸
DHAP:dihydroxyacetone phosphate,磷酸二羟丙酮
metformin:二甲双胍
mGPD:mitochondrial glycerol-3-phosphate dehydrogenase,线粒体甘油3-磷酸脱氢酶
LDH:lactate dehydrogenase,乳酸脱氢酶
PCK1:phosphoenolpyruvate carboxykinase,磷酸烯醇丙酮酸羧激酶
G6PC:glucose-6-phosphatase,葡萄糖-6-磷酸酶
INSR:insulin receptor,胰岛素受体
PGC1α:peroxisome proliferator- activated receptor-γ co-activator 1α,过氧化物酶体增殖物激活受体-γ 共激活因子 1α
GCGR:glucagon receptor,胰高血糖素受体
PKA:protein kinase A,蛋白激酶 A
IP3R:inositol-1,4,5-trisphosphate receptor,肌醇-1,4,5-三磷酸受体
CRTC2:CREB-regulated transcription co-activator 2,CREB 调节的转录共激活因子2
CBP:CREB-binding protein,CREB结合蛋白
CREB:cAMP-responsive element-binding protein 1,cAMP反应元件结合蛋白1
GLUT2:glucose transporter 2,葡萄糖转运体2