SerpinA3k基因缺失通过改善胰岛素抵抗和脂肪功能缓解实验性2型糖尿病

《Cellular and Molecular Life Sciences》：SerpinA3k Deficiency Ameliorates Experimental type 2 Diabetes

本研究针对2型糖尿病(T2D)及其并发症缺乏有效治疗靶点的问题，探讨了丝氨酸蛋白酶抑制剂SerpinA3k在代谢紊乱中的作用。通过构建SerpinA3k基因敲除(KO)小鼠模型，结合高脂饮食(HFD)和链脲佐菌素(STZ)诱导T2D，研究发现KO小鼠表现出显著改善的血糖控制、胰腺胰岛素含量增加、胰岛素抵抗减轻、脂肪细胞肥大改善及肾脏高滤过减弱。该研究首次揭示SerpinA3k作为T2D治疗新靶点的潜力，为代谢性疾病治疗提供了新策略。

　　

在全球糖尿病患病率持续攀升的背景下，2型糖尿病(T2D)已成为重大公共卫生挑战。超过80%的T2D患者伴有肥胖，两者共同加剧了微血管并发症的发生发展。糖尿病肾病(DKD)作为T2D的主要并发症之一，其发病机制涉及慢性炎症、氧化应激及代谢紊乱等多个环节。尽管现有治疗手段不断进步，但寻找新的治疗靶点仍是当务之急。

丝氨酸蛋白酶抑制剂(Serpins)超家族在多种病理过程中发挥重要作用。其中，SerpinA3k作为人类SerpinA3的小鼠同源物，既往研究多聚焦于其在眼部疾病中的作用，而其在代谢性疾病中的功能尚不明确。值得注意的是，研究团队前期发现尿SerpinA3可作为糖尿病肾病等肾损伤的早期生物标志物，提示其可能参与T2D的病理过程。

为探究SerpinA3k在T2D中的作用机制，研究人员构建了SerpinA3k基因敲除(KO)小鼠模型，并通过高脂饮食(HFD)联合链脲佐菌素(STZ)诱导T2D。实验设野生型(WT)和KO小鼠各分为标准饮食(SD)、HFD和HFD+STZ(D2)三组，进行长达27周的观察。

研究采用的主要技术方法包括：通过代谢笼监测血糖和尿液指标，磁共振成像(MRI)评估体成分，酶联免疫吸附测定(ELISA)检测血清代谢参数，免疫组化分析胰腺胰岛素表达，蛋白质印迹(Western blot)检测组织蛋白表达，实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析基因表达，以及通过FITC-sinistrin清除率测定肾小球滤过率(GFR)。

代谢评估显示基因缺失改善糖脂代谢

WT+D2小鼠出现严重高血糖和体重增加，而KO+D2小鼠血糖水平显著降低。尽管两组糖尿病小鼠均需要胰岛素治疗，但KO小鼠的血糖控制明显优于WT小鼠。体成分分析显示HFD喂养导致体脂百分比增加，但基因型间无差异。血清胆固醇水平在HFD组升高，而甘油三酯水平各组间无显著差异。

高血糖和高胰岛素血症改善

研究终点检测证实KO+D2小鼠血糖水平显著低于WT+D2组。血清胰岛素检测显示WT+HFD和WT+D2组出现高胰岛素血症，而KO+D2组这一现象得到改善。HOMA-IR指数分析表明KO+D2小鼠胰岛素抵抗显著减轻。胰腺免疫组化显示WT+D2组胰岛素染色减少，而KO+D2组胰岛素表达保持正常。

脂肪细胞功能和形态改善

WT+HFD和WT+D2组脂肪组织SerpinA3k表达降低。KO+D2组腹膜后白色脂肪组织(rWAT)重量增加趋势减弱。形态学分析显示KO小鼠脂肪细胞大小分布更优，小型脂肪细胞比例增加，大型脂肪细胞比例减少。脂解指数在WT+HFD和WT+D2组降低，而在KO+D2组恢复正常。血清IL-6和瘦素水平在WT+HFD组升高，但在KO组此现象消失。

肾脏高滤过改善

GFR测定显示WT+D2组出现明显高滤过，而KO+D2组此现象得到缓解。两组糖尿病小鼠均出现蛋白尿，但基因型间无差异。尿SerpinA3k排泄在糖尿病早期增加，后期减少。肾脏SerpinA3k表达在WT+D2组下调。血管活性因子mRNA分析显示WT+D2组Agt和Nos3表达升高，而KO+D2组无此变化。Hif1a/Vegfa通路在WT+D2组激活，KO+D2组此激活减弱。

肝脏脂质代谢改变

肝脏SerpinA3k表达在WT+HFD和WT+D2组下调。组织学分析显示KO+HFD和KO+D2组中等大小脂滴增加，而WT+D2组大脂滴增多。肝脏甘油三酯含量在KO+HFD和KO+D2组升高。pAkt2/Akt比值在KO+HFD组升高，提示胰岛素信号通路改变。脂质合成相关基因表达分析显示Srebp-1c无变化，Pck1表达在WT+D2组降低。胆固醇合成相关基因Hmgcs1和Hmgcr在KO+HFD组上调。

本研究首次系统阐述了SerpinA3k在T2D发生发展中的关键作用。SerpinA3k缺失通过改善脂肪组织功能、减轻胰岛素抵抗、保护胰腺β细胞功能和防止肾脏高滤过，发挥多重代谢保护作用。特别值得注意的是，SerpinA3k缺失诱导的脂肪细胞重塑——小型胰岛素敏感性脂肪细胞比例增加，大型脂肪细胞减少——可能是改善全身胰岛素敏感性的重要机制。

然而，研究也发现SerpinA3k缺失导致肝脏脂质积累增加，这一看似矛盾的结果提示SerpinA3k在不同组织中可能发挥异质性作用。这种组织特异性效应强调了代谢调控的复杂性，也提示未来治疗策略需要考虑靶向特异性。

该研究的创新性在于将SerpinA3k的功能从传统的蛋白酶抑制拓展到代谢调控领域，为理解T2D发病机制提供了新视角。研究结果支持SerpinA3k作为T2D治疗潜在靶点的可行性，其抑制剂可能成为改善代谢紊乱的新策略。未来研究需要进一步阐明SerpinA3k影响代谢的具体分子机制，并探索其在人类T2D中的临床转化价值。

这项发表于《Cellular and Molecular Life Sciences》的研究不仅深化了对Serpin家族生物学功能的认识，也为开发T2D及其并发症的新型治疗方法奠定了重要理论基础。