《International Immunopharmacology》：Exenatide through PPARδ improved hepatic insulin resistance in patients of type 2 diabetes mellitus via suppressing pyroptosis
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依那达肽通过激活PPARδ抑制焦亡反应改善肝胰岛素抵抗，PPARD基因多态性rs3777744影响疗效。
Xizhi Li|Tingting Zhou|Yixi Wu|Jiayi Sun|Ziyu Wang|Yuhan Huang|Ke Xu|Hongwei Ling|Na Li|Tingting Yang|Tao Wang
中国徐州221006，徐州医科大学附属医院药学系
摘要
艾塞那肽（Exenatide）是首个胰高血糖素样肽-1受体激动剂（GLP-1RA），具有多种有益作用，包括刺激胰岛素分泌、减缓胃排空速度以及改善胰岛素抵抗（IR）。我们之前的研究表明，过氧化物酶体增殖激活受体δ（PPARδ）基因（PPARD）的多态性与艾塞那肽单药治疗的效果相关，这可能是因为PPARδ在调节胰岛素抵抗中起着关键作用。具体而言，PPARδ能够调节核苷酸结合结构域和富含亮氨酸的重复序列蛋白域3（NLRP3）炎症小体，后者是调控焦亡（pyroptosis）的关键因子，从而参与这种炎症细胞死亡途径的调控。然而，艾塞那肽如何改善2型糖尿病（T2DM）患者的肝脏胰岛素抵抗的机制尚未完全明了。在本研究中，我们发现艾塞那肽能够抑制焦亡并改善肝脏胰岛素抵抗；此外，它在体外和体内均能结合PPARδ并上调其蛋白表达。值得注意的是，敲低PPARδ会消除艾塞那肽对焦亡和肝脏胰岛素抵抗的保护作用，而药物激活PPARδ则能增强这些有益效果。携带PPARD rs3777744基因AA基因型的T2DM患者基线胰岛素抵抗评估（HOMA-IR）较高，对艾塞那肽的反应更为显著。综上所述，我们的发现表明艾塞那肽通过PPARδ抑制焦亡来改善肝脏胰岛素抵抗，这强调了PPARD rs3777744基因作为T2DM患者个性化艾塞那肽治疗生物标志物的潜力。
引言
艾塞那肽作为首个胰高血糖素样肽-1受体激动剂（GLP-1RA），被广泛用于2型糖尿病（T2DM）的治疗[[1], [2]]。除了通过激活胰腺中的胰高血糖素样肽-1受体（GLP-1R）来增强胰岛素分泌外，艾塞那肽还表现出显著的胰腺外效应，尤其是改善肝脏和脂肪组织中的胰岛素抵抗（IR），从而有助于整体代谢稳态的改善[[3], [4]]。与天然胰高血糖素样肽-1（GLP-1）不同，艾塞那肽是一种合成GLP-1类似物，仅与内源性GLP-1具有53%的序列同源性，并且能够抵抗二肽基肽酶-4（DPP-4）的降解[5]。因此，艾塞那肽的代谢益处可能涉及超出经典GLP-1R信号通路的多重机制[6]，这也解释了个体间治疗反应的差异。事实上，我们之前的研究显示，艾塞那肽单药治疗后的胰岛素抵抗改善程度存在显著差异[7]。鉴于肝脏胰岛素抵抗是T2DM发病机制的核心因素，而目前很少有疗法直接针对胰岛素抵抗[8], [9]，阐明艾塞那肽改善胰岛素敏感性的精确分子机制对于优化其临床应用至关重要。
我们之前的研究发现，过氧化物酶体增殖激活受体δ（PPARδ）基因（PPARD）的多态性与艾塞那肽的治疗效果相关，这可能是由于PPARδ在调节胰岛素抵抗中的关键作用[7]。然而，PPARD中的单核苷酸多态性（SNPs）如何调节PPARδ功能的分子机制，以及艾塞那肽对PPARδ活性的确切影响仍不完全清楚。PPARδ是一种由PPARD基因编码的核受体转录因子，在多种组织中普遍表达，尤其是在肝脏、骨骼肌和脂肪组织等代谢活跃的器官中表达水平较高[[10], [11]]。早期研究主要关注PPARδ在细胞增殖、分化和组织损伤与修复中的作用[[12], [13]]。然而，新的证据表明，它在改善中年肥胖男性和高脂饮食小鼠的肝脏胰岛素抵抗方面具有积极作用[[14], [15]]。由于艾塞那肽已被证明可以改善肝脏胰岛素抵抗，目前尚不清楚这种效果是否至少部分通过PPARδ信号通路实现。因此，阐明艾塞那肽与PPARδ之间的相互作用对于推进基于基因的个性化治疗策略至关重要。
焦亡是一种由Caspase-1和gasdermin D（GSDMD）介导的促炎性程序性细胞死亡，通常通过核苷酸结合结构域和富含亮氨酸的重复序列蛋白域3（NLRP3）炎症小体激活[16]。在肝脏中，焦亡会损害胰岛素信号传导，从而导致胰岛素抵抗的发展[17]。此外，在胰岛素抵抗条件下，代谢应激会增加肝细胞对焦亡的敏感性，形成一个有害的反馈循环，加剧肝脏炎症和功能障碍[18]。最近的研究表明，PPARδ通过抑制NLRP3炎症小体介导的炎症反应发挥保护作用[[19], [20]]，这提示它也可能减弱焦亡。尽管直接证据有限，但其他GLP-1RA类药物（如semaglutide）已显示出显著改善焦亡引起的肝脏损伤[21]。基于这些发现，我们推测艾塞那肽通过激活PPARδ来改善肝脏胰岛素敏感性，进而抑制NLRP3炎症小体及其下游的Caspase-1/GSDMD信号通路，最终减轻肝细胞焦亡。
本研究旨在阐明PPARδ在调节艾塞那肽对抗T2DM中肝脏胰岛素抵抗和焦亡的保护作用中的作用及潜在机制。同时，我们进行了前瞻性临床研究，以评估PPARD基因多态性对个体艾塞那肽治疗反应的影响。我们的研究结果表明，PPARδ在抑制NLRP3炎症小体驱动的焦亡和改善肝脏胰岛素敏感性方面起着关键作用。这些结果为利用PPARD基因信息优化T2DM患者的个性化治疗策略提供了机制基础。
材料
脂多糖（LPS）（L4391）购自Sigma（美国马萨诸塞州），GW501516（G129772）和棕榈酸（PA）（P101053）购自Aladdin（中国上海）。胰岛素注射液（H10890001）购自江苏万邦生化制药有限公司（中国徐州）。艾塞那肽（10 μg）购自礼来公司（美国）。Dylight 594驴抗兔抗体购自EarthOx Life Sciences（美国加利福尼亚州）。RIPA裂解缓冲液、NP-40裂解缓冲液等试剂亦购自相关公司。
艾塞那肽上调肝细胞中PPARδ的蛋白表达并改善胰岛素抵抗
分子对接技术常用于模拟药物与其靶蛋白之间的相互作用。为了深入了解艾塞那肽与PPARδ之间的分子相互作用，我们采用了计算机建模方法进行对接研究。如图1A所示，PPARδ的结合口袋包含LEU-462、ARG-472、THR-469、VAL-455、ALA-452、PHE-480、GLN-483和GLU-484这些氨基酸残基。其中，LEU-462和THR-469在氢键的形成中起关键作用。
讨论
本研究旨在阐明PPARδ在调节艾塞那肽对抗T2DM中肝脏胰岛素抵抗和焦亡的保护作用中的作用，从而为临床反应的个体差异提供机制上的解释。我们的结果首次证明，PPARδ是艾塞那肽改善肝脏胰岛素抵抗和焦亡的核心中介因子。此外，我们确定了PPARD rs3777744基因作为功能性遗传变异的作用。
伦理要求遵守情况
所有动物实验均获得徐州医科大学动物伦理委员会的批准，并遵守实验动物管理的相关规定。实验批准编号为202211S022（徐州医科大学）。本研究中的人类样本实验获得了徐州医科大学附属医院伦理委员会的批准（批准编号：XYFY2018-KL085, XYFY2023-KL478–01）。
作者贡献声明
Xizhi Li：撰写 – 审稿与编辑，撰写初稿，监督，实验设计，概念构思。Tingting Zhou：撰写初稿，项目管理，实验设计，数据分析。Yixi Wu：撰写 – 审稿与编辑，数据可视化，软件应用，方法学设计。Jiayi Sun：项目管理，实验设计，数据管理。Ziyu Wang：数据验证，软件应用，方法学设计，数据分析。Yuhan Huang：实验设计，资金筹集，数据分析。
资助
本研究得到了徐州鹏城青年医学储备人才（项目编号：XWRCHT20220034）、中国健康与医学发展基金会（项目编号：XYFY202407120875）、XZHMU-QL联合研究基金（项目编号：QL-YB013）、国家卫生健康委员会慢性病管理能力建设与继续教育中心（项目编号：GWJJMB202510024003）以及江苏省新药研究与临床药学重点实验室开放研究基金的支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
