抑制骨骼肌5-HT-Htr2b信号通路改善肥胖相关胰岛素抵抗的机制研究

本研究针对肥胖诱发的胰岛素抵抗这一重大代谢疾病难题，通过构建肌肉特异性Tph1/Htr2b基因敲除小鼠模型，结合C2C12肌管实验，首次揭示外周血清素(5-HT)通过Htr2b受体抑制骨骼肌AKT/AMPK信号通路导致糖脂代谢紊乱的机制。研究发现抑制该通路可显著提升GLUT4介导的葡萄糖摄取、减少肌内脂质沉积，为代谢综合征治疗提供新靶点。

　　

随着全球肥胖率持续攀升，肥胖相关胰岛素抵抗已成为2型糖尿病和心血管疾病的主要诱因。骨骼肌作为胰岛素介导葡萄糖摄取的主要靶器官，其代谢功能障碍直接影响全身糖稳态。尽管已知外周血清素(5-HT)参与能量代谢调控，但其在骨骼肌胰岛素敏感性中的作用机制尚不明确。

光州科学技术研究院的研究团队在《Experimental & Molecular Medicine》发表的研究中，首次阐明5-HT通过Htr2b受体负调控骨骼肌胰岛素敏感性的分子机制。研究团队采用肌肉特异性敲除Tph1（5-HT合成限速酶）和Htr2b受体的小鼠模型，结合药理学干预手段，发现抑制该信号通路可显著改善高脂饮食诱导的代谢异常。

关键技术包括：1）构建肌肉特异性Tph1/Htr2b敲除小鼠；2）CRISPR-Cas9基因编辑建立Tph1-KO C2C12肌管模型；3）高胰岛素-正葡萄糖钳夹技术评估全身胰岛素敏感性；4）Seahorse细胞能量代谢分析仪检测糖酵解速率；5）RNA测序分析骨骼肌转录组变化。

【抑制5-HT合成改善C2C12肌管葡萄糖摄取信号】
研究发现分化后的C2C12肌管表达Tph1并合成5-HT。敲除Tph1显著提升胰岛素刺激的AKT Ser⁴⁷³磷酸化和GLUT4表达，增强2-NBDG标记的葡萄糖摄取。同时AMPK Thr¹⁷²磷酸化增加而AMPKα1 Ser⁴⁸⁵/α2 Ser⁴⁹¹磷酸化降低，提示Lkb1/AMPK信号通路激活。

【骨骼肌Tph1敲除抵抗高脂饮食诱导的胰岛素抵抗】
肌肉特异性Tph1敲除(Tph1 MKO)小鼠在高脂喂养12周后，表现出体重减轻、瘦体重增加和糖耐量改善。免疫荧光显示骨骼肌GLUT4表达升高，Western blot证实AKT和AMPK磷酸化增强。高胰岛素-正葡萄糖钳夹实验显示骨骼肌葡萄糖摄取率提升33%。

【5-HT通过Htr2b调控肌管糖代谢】
RT-PCR显示Htr2b是骨骼肌优势表达的5-HT受体亚型。使用特异性抑制剂SB204741阻断Htr2b后，肌管AKT和AMPK磷酸化水平显著提升，并逆转棕榈酸诱导的胰岛素抵抗。Seahorse检测显示Htr2b敲除肌管的细胞外酸化率(ECAR)增加，表明糖酵解活性增强。

【骨骼肌Htr2b敲除改善代谢表型】
Htr2b MKO小鼠在高脂饮食下表现出更轻的体重增长和更好的葡萄糖耐量。电镜观察显示肌纤维内脂滴体积减小，线粒体形态改善。RNA测序发现糖代谢相关基因上调，而PPARγ等脂生成基因下调。GSEA分析显示"肌生成"通路显著富集，"脂肪生成"通路受抑制。

该研究首次证实骨骼肌自分泌的5-HT通过Htr2b受体抑制AKT/AMPK信号轴，导致GLUT4表达下降和肌内脂质积累。抑制该通路可同时激活胰岛素信号和能量感应通路，产生协同代谢改善效应。值得注意的是，Htr2b MKO小鼠并未出现肝脂肪变性和脂肪组织异常，提示骨骼肌特异性干预的安全性优势。这些发现为开发靶向外周5-HT系统的抗糖尿病药物提供了理论依据，特别是Htr2b拮抗剂可能成为改善肌肉胰岛素敏感性的潜在候选药物。研究也存在局限性，如肌肉局部5-HT浓度检测的技术挑战，以及Htr2b下游精确信号转导机制有待进一步解析。