中美学者：导致肥胖和糖尿病的基因突变

最近，美国杜克大学和中国香港科技大学的研究人员表明，在ankyrin-B基因中的两个不同突变，可导致细胞以更快的速度吸收葡萄糖，从而使人体发胖，并最终引发肥胖相关的糖尿病。相关研究结果发表于七月十三日的国际著名学术期刊《Journal of Clinical Investigation》。

　　

生物通报道：随着年龄的增长，几乎每个人都会变得越来越胖，但一些人可能要归因于他们的基因带来了更多脂肪。最近，美国杜克大学和中国香港科技大学的研究人员表明，在ankyrin-B基因中的两个不同突变，可导致细胞以更快的速度吸收葡萄糖，从而使人体发胖，并最终引发肥胖相关的糖尿病。延伸阅读：肥胖不是2型糖尿病的唯一原因。

近一百万名美国人携带其中一个更严重的突变，称为R1788W。另外一个较温和的突变——称为L1622I，在百分之七的非洲裔美国人中是共有的，是像镰状细胞性贫血那样常见的特征。

这些研究结果是在小鼠当中产生的，可以帮助识别有肥胖风险的人，他们可以通过改善饮食和加强锻炼扭转局势。相关研究结果发表于七月十三日的国际著名学术期刊《Journal of Clinical Investigation》。

本文资深作者、杜克大学医学院生化、细胞生物学和神经生物学教授Vann Bennett指出：“这项研究首次例证了一个易感基因，只通过现代生活方式才表现出来。在20世纪80年代的确发生过肥胖流行，当时非常流行含糖汽水和炸薯条。这似乎不是我们在20世纪80年代突然改变了基因，而是我们携带的易感基因，被这种新的饮食所加剧。我们认为，这一研究结果只是一个开始，还会有很多像这样的基因。”

Bennett也是霍华德休斯医学研究所的研究员，三十多年前他发现了锚蛋白-B（ankyrin-B）。他发现，ankyrin-B作为一种蛋白锚，将重要的蛋白质拴在细胞的质膜内。自从这个发现以来，Bennett和其他研究人员发现，ankyrin-B缺陷与多种人类疾病有关，包括不规则的心跳、自闭症、肌肉萎缩症、老化，最近发现也与糖尿病有关。

随着全世界人们腰围的增加，糖尿病正迅速成为公众健康的最大威胁之一。照目前的趋势继续下去，到2050年，三个美国人当中就一人将患上糖尿病。1型糖尿病患者没有产生足够的胰岛素，这种激素可在餐后帮助处理血液中积聚的葡萄糖。2型糖尿病患者，与肥胖相关的糖尿病形式，可产生胰岛素，但是胰岛素对其效果产生了抵抗。

几年前，Bennett实验室发现证据表明，ankyrin-B突变可能在胰岛素分泌和代谢过程中发挥作用。自那时以来，一些研究已经发现了与2型糖尿病有关的罕见ankyrin-B变异。一个突变，称为R1788W，多见于白种人和西班牙人中。另一个突变，称为L1622I，仅存在于非裔美国人中，这些人已知患糖尿病的风险特别高。但目前还不清楚，这些基因密码的变化如何引发糖尿病。

为了解决这个问题，Bennett的研究生Jane Healy制备了携带这些相同人类遗传变异的小鼠模型。她和她的同事发现，携带两份r1788w突变的小鼠，比正常小鼠产生了更少的胰岛素。尽管这个缺陷，它们的血糖水平是正常的。因此，研究人员进行了常用的葡萄糖耐量试验——常用来筛查2型糖尿病患者，以确定突变小鼠体内的血糖是如何被清除的。令他们吃惊的是，突变小鼠的糖代谢速度高于正常小鼠。

Healy说：“我们原先认为，这些小鼠的主要问题是产生和分泌胰岛素的β细胞。相反，我们最重要的发现在于，靶细胞吸收的葡萄糖比预期的要多得多。”

完全依靠自己的话，葡萄糖不能进入细胞和组织，而是依赖另一个分子，称为GLUT4转运蛋白。通常情况下，GLUT4挂在细胞外，像个女主人等待客人的到来。当缺乏胰岛素时，它作为一个门铃，给GLUT4发出警报，使其付诸行动并打开大门，让葡萄糖进入细胞。当胰岛素消失时，GLUT4转运蛋白把门关上，反转方向，回到细胞的中间。

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然而，博士后Damaris Lorenzo发现，突变小鼠的情况并不是这样的。在进行一些生化实验后，Lorenzo发现，小鼠肌肉和脂肪细胞表面上有很多GLUT4，即使周围没有胰岛素。这意味着无需按门铃葡萄糖就可以进入血流。

当它们年轻的时候，这种门户开放策略是一个优势，因为它能保护动物免受低胰岛素水平的影响。但是当老鼠变老——或者换成一种特别高脂肪的饮食后，就会使它变得越来越胖，最终导致它们发展为胰岛素抵抗。

研究人员认为，很久以前，R1788W突变和较温和的L1622I ，可能提供了一个进化优势。衰老的狩猎类型，不能那么有效地找到下一顿饭，需要获得尽可能多的脂肪来避免饥饿。现在，世界上高脂肪、高热量的食物非常丰富，这些变异使人们患上现代疾病（如肥胖和糖尿病）的风险增加。

本文第一作者Lorenzo说：“如果有这些突变的携带者很早就被发现，他们可以首选个性化的治疗干预。这可能涉及具体策略来管理他们的胰岛素分泌不足，以及坚持正常饮食和积极的生活方式，希望他们可以避免可严重损害生活质量的代谢性疾病。”

接下来，研究人员想要探讨，他们在小鼠体内观察到的效果是否对人类有影响。他们计划对一般人群进行基因分型，找出携带锚蛋白突变的家庭，然后进行家族史以及糖代谢试验，以评估这些遗传变异在细胞水平上的影响。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Ankyrin-B metabolic syndrome combines age-dependent adiposity with pancreatic β cell insufficiency
Abstract: Rare functional variants of ankyrin-B have been implicated in human disease, including hereditary cardiac arrhythmia and type 2 diabetes (T2D). Here, we developed murine models to evaluate the metabolic consequences of these alterations in vivo. Specifically, we generated knockin mice that express either the human ankyrin-B variant R1788W, which is present in 0.3% of North Americans of mixed European descent and is associated with T2D, or L1622I, which is present in 7.5% of African Americans. Young AnkbR1788W/R1788W mice displayed primary pancreatic β cell insufficiency that was characterized by reduced insulin secretion in response to muscarinic agonists, combined with increased peripheral glucose uptake and concomitantly increased plasma membrane localization of glucose transporter 4 (GLUT4) in skeletal muscle and adipocytes. In contrast, older AnkbR1788W/R1788W and AnkbL1622I/L1622I mice developed increased adiposity, a phenotype that was reproduced in cultured adipocytes, and insulin resistance. GLUT4 trafficking was altered in animals expressing mutant forms of ankyrin-B, and we propose that increased cell surface expression of GLUT4 in skeletal muscle and fatty tissue of AnkbR1788W/R1788W mice leads to the observed age-dependent adiposity. Together, our data suggest that ankyrin-B deficiency results in a metabolic syndrome that combines primary pancreatic β cell insufficiency with peripheral insulin resistance and is directly relevant to the nearly one million North Americans bearing the R1788W ankyrin-B variant.