DNAJA2通过抑制胰岛素受体自发内吞调控胰岛素信号传导与葡萄糖稳态的分子机制

《Nature Communications》：Heat shock protein DNAJA2 controls insulin signaling and glucose homeostasis by preventing spontaneous insulin receptor endocytosis

　　本研究揭示了热休克蛋白DNAJA2在维持葡萄糖代谢稳态中的关键作用。为解决DNAJA2敲除小鼠为何出现新生儿致死性而非肿瘤发生这一科学问题，研究人员发现DNAJA2通过结合胰岛素受体(IR)并抑制AP2介导的自发内吞，维持IR膜定位和胰岛素信号通路正常功能。该发现为2型糖尿病(T2DM)和肥胖等代谢性疾病的发病机制提供了新见解。

　　

在代谢性疾病研究领域，2型糖尿病(T2DM)和肥胖的发病机制一直是科学家们关注的焦点。虽然胰岛素抵抗被公认为是这些代谢紊乱的核心环节，但调控胰岛素信号通路的具体分子机制仍有许多未解之谜。热休克蛋白(HSPs)作为细胞内重要的分子伴侣，在维持蛋白质稳态和细胞功能中发挥关键作用，其中HSP70家族蛋白已被发现与胰岛素抵抗和T2DM的病理生理过程密切相关。然而，对于HSP40家族成员在代谢调控中的功能，特别是DNAJA2的具体作用机制，科学界知之甚少。

令人困惑的是，早期研究发现DNAJA2缺陷会导致基因组不稳定性，理论上应该促进肿瘤发生，但DNAJA2全身敲除小鼠却表现出新生儿致死性而非肿瘤发展。这一矛盾现象引起了研究人员的浓厚兴趣，促使他们深入探索DNAJA2在代谢调控中的潜在功能。

发表在《Nature Communications》上的这项研究，系统阐明了DNAJA2通过调控胰岛素受体(IR)内吞过程来维持葡萄糖代谢稳态的分子机制。研究人员发现，DNAJA2缺陷小鼠出现肝糖原储存不足和血糖紊乱，导致新生儿致死。机制研究表明，DNAJA2直接结合IR的酪氨酸激酶结构域(TKD)，阻断衔接蛋白2(AP2)与IR的相互作用，从而抑制网格蛋白介导的自发内吞，确保IR在细胞膜上的正常定位。当DNAJA2缺失时，AP2与IR结合增强，促进IR内吞和降解，导致胰岛素信号通路受损，引发胰岛素抵抗和葡萄糖代谢异常。

研究采用的主要技术方法包括：利用全身性和肝脏特异性DNAJA2敲除小鼠模型进行代谢表型分析；通过免疫共沉淀(co-IP)和邻近连接 assay(PLA)检测蛋白质相互作用；采用免疫荧光和膜蛋白分离技术分析IR亚细胞定位；使用葡萄糖耐受性和胰岛素耐受性试验评估代谢功能；并通过对人类和小鼠公共数据库的生物信息学分析验证DNAJA2与代谢疾病的临床相关性。

DNAJA2缺失导致肝糖原短缺和小鼠产后致死性

研究人员通过培育DNAJA2纯合敲除(DJ2^-/-)小鼠，发现这些小鼠出生时符合孟德尔遗传比例，但大多数在出生后24小时内死亡，约5-10%能存活至成年。与野生型(WT)相比，DJ2^-/-新生仔鼠和E18.5胚胎出现轻度生长迟缓。组织学分析显示，DJ2^-/-新生鼠肝细胞中细胞质空泡化显著减少，PAS染色证实肝糖原储存明显降低。直接测量肝糖原水平也验证了这一发现。进一步实验表明，DJ2^-/-新生鼠出现低血糖，而葡萄糖注射能显著提高其存活率，证实糖原储存不足是导致新生儿致死的主要原因。

肝脏特异性DNAJA2缺失破坏葡萄糖代谢稳态

为探究DNAJA2在肝脏葡萄糖代谢中的特异性作用，研究人员构建了肝脏特异性DNAJA2敲除小鼠(CKO)。这些小鼠能正常存活至成年，且形态与WT无差异，但肝糖原水平降低，血糖和血清胰岛素水平升高，葡萄糖耐受性和胰岛素耐受性均出现异常。胰岛素刺激下的糖原合成酶(GS)活性在CKO小鼠肝脏中显著降低，表明DNAJA2缺失损害了肝细胞功能。

DNAJA2缺陷损害胰岛素信号传导

研究人员比较了WT和DJ2^-/-仔鼠肝脏中胰岛素刺激的IRβ自磷酸化(pIRβ)水平，发现DNAJA2缺失显著降低了pIRβ。在CKO小鼠中，胰岛素注射后pIRβ、pAKT和pGSK3β的激活均明显减弱。体外实验进一步证实，在原代肝细胞和HepG2细胞中敲低DNAJA2都会削弱胰岛素信号传导。泛磷酸酶抑制剂处理不能恢复DJ2^-/-细胞中的pIRβ，表明DNAJA2直接影响IR节点而非去磷酸化过程。

DNAJA2抑制胰岛素受体的自发网格蛋白介导内吞

免疫荧光分析显示，在血清饥饿条件下，对照细胞中IR主要定位于细胞膜(PM)，而DNAJA2敲低细胞中IR转移至细胞内并与晚期内体标志物RAB7共定位。膜蛋白分离实验证实DJ2^-/-细胞膜组分中IR蛋白水平降低。动态蛋白抑制剂Dynasore或AP2B1敲低能恢复IR的膜定位，表明DNAJA通过网格蛋白介导的内吞(CME)途径防止IR自发内化。胰岛素内吞实验显示DNAJA2缺失特异性影响胰岛素内吞而非转铁蛋白内吞。

DNAJA2通过拮抗AP2-IR相互作用调控胰岛素信号传导

Co-IP和PLA实验证明DNAJA2与IRβ在基础条件下直接相互作用。DNAJA2缺失显著增强AP2B1与IRβ的结合，而这种相互作用与DNAJA2表达水平呈负相关。AP2B1缺失能恢复DJ2^-/-细胞中IR的膜定位和胰岛素信号传导，证实DNAJA2通过拮抗AP2介导的IR内吞来调控胰岛素信号。

DNAJA2的J结构域是阻断AP2-IR相互作用所必需的

研究人员发现IRβ的TKD结构域中存在AP2结合基序，突变这些基序能阻断IR-AP2相互作用。DNAJA2通过其J结构域与IRβ的TKD结构域结合，屏蔽AP2结合位点。J结构域缺失显著减弱DNAJA2与IRβ的相互作用，并增强AP2-IR结合，导致IR内吞增加。免疫荧光分析证实J结构域对于维持IR膜定位至关重要。

DNAJA2失调与葡萄糖代谢紊乱相关

对公共数据集的分析显示，T2DM患者胰岛中DNAJA2表达下调，β细胞中DNAJA2表达与体重指数(BMI)呈负相关。小鼠糖尿病数据库分析表明，肥胖T2DM小鼠胰岛中DNAJA2表达显著低于瘦型对照，而在脂肪细胞中DNAJA2表达上调，提示DNAJA2在葡萄糖代谢紊乱中发挥复杂作用。

本研究阐明了DNAJA2作为胰岛素信号通路新型调控因子的分子机制，揭示了其通过抑制IR自发内吞维持葡萄糖代谢稳态的生理功能。研究发现不仅解释了DNAJA2敲除小鼠出现新生儿致死性的原因，还为理解胰岛素抵抗和T2DM的发病机制提供了新视角。DNAJA2与代谢表型的临床关联性分析进一步支持了其作为T2DM易感性和病理过程中生物标志物的潜在价值。该研究为开发针对DNAJA2-IR轴的新型代谢疾病治疗策略奠定了理论基础。