SIK1通过将TGFβ1-Smad2/3的激活与PDE4-cAMP的紊乱联系起来，从而导致骨骼肌中的脂质诱导的胰岛素抵抗

《Molecular and Cellular Endocrinology》：SIK1 drives lipid-induced insulin resistance in skeletal muscle by linking TGFβ1-Smad2/3 activation to PDE4-cAMP dysregulation

脂质过载通过TGFβ-Smad2/3通路激活SIK1，引发PDE4依赖的cAMP降解，导致胰岛素抵抗，抑制SIK1或阻断该通路可恢复胰岛素敏感性。

　　

刘艳丽|施宇|沈宇|曲慧|秦莉|黄素玲|冷颖

中国科学院上海药物研究所药物研究国家重点实验室，上海，201203，中国

摘要

骨骼肌中脂质过度积累会促进胰岛素抵抗。盐诱导激酶1（SIK1）已知参与肌生成分化，但其在脂质诱导的骨骼肌胰岛素抵抗中的作用尚不清楚。在本研究中，我们确定了SIK1在脂质过载条件下对骨骼肌胰岛素抵抗的功能作用，并阐明了其背后的信号机制。在C2C12肌管中，棕榈酸显著增加了SIK1的表达及其Thr182位的磷酸化，并进一步抑制了胰岛素刺激的Akt磷酸化和葡萄糖摄取。这些效应可以通过SIK1敲低或药物抑制SIK来阻断。通过抑制TGFβ受体1或敲低Smad2/3，可以消除棕榈酸诱导的SIK1上调及其相关的胰岛素信号缺陷。此外，遗传或药物抑制SIK1可以恢复肌管中因棕榈酸而降低的cAMP水平，抑制PDE4同样可以恢复cAMP水平和胰岛素信号，这模仿了SIK1抑制的效果。与这些体外研究结果一致，在饮食诱导的肥胖（DIO）小鼠的骨骼肌中，SIK1和TGFβ1-Smad2/3信号通路上调，而cAMP水平降低。无论是抑制SIK还是阻断TGFβ1-Smad2/3信号通路，都能恢复分离的骨骼肌中受损的胰岛素刺激的Akt磷酸化。综上所述，我们证明了SIK1通过TGFβ1-Smad2/3信号通路在脂质过载条件下上调，从而触发PDE4依赖的cAMP降解并导致骨骼肌胰岛素抵抗。这些发现表明SIK1是脂质过载诱导的骨骼肌胰岛素信号缺陷的关键介质。

引言

胰岛素抵抗是肥胖和2型糖尿病的关键病理机制。作为人体最大的器官，骨骼肌负责70-90%的胰岛素介导的葡萄糖摄取。骨骼肌中胰岛素抵抗的发展被认为是2型糖尿病的早期病理事件，导致胰岛素刺激的葡萄糖处理能力下降和全身葡萄糖稳态受损（Merz和Thurmond，2020）。尽管脂质过载已被证实与胰岛素抵抗的发病机制有关（Chandrasekaran和Weiskirchen，2024；James等人，2021；Lee等人，2021），但骨骼肌中的分子机制仍不完全清楚。

盐诱导激酶1（SIK1）属于AMPK相关激酶（AMPKRK）家族中的丝氨酸/苏氨酸激酶，参与能量响应的生理过程（Darling和Cohen，2021；Jagannath等人，2023）。SIK1的表达受到不同调控信号的精细调节，包括TGFβ超家族、cAMP和microRNAs（Jagannath等人，2023；L?nn等人，2012；Wu等人，2024）。例如，TGFβ1在乳腺癌细胞和角质形成细胞中上调SIK1，以调节细胞静止和纤维化过程（Kowanetz等人，2008；L?nn等人，2012）；而另一种TGFβ超家族成员BMP2在成骨前体细胞中下调SIK1，以调节骨形成（Kim等人，2019）。研究表明，SIK1通过磷酸化下游靶标来发挥其生物学功能，如cAMP反应元件结合蛋白调控转录共激活因子（CRTCs）（Wang等人，2024）、IIa类组蛋白去乙酰化酶（HDACs）（Shi等人，2023）和磷酸二酯酶4（PDE4）（Liu等人，2020）。SIK1已被证明在多种代谢组织中调节能量平衡和葡萄糖稳态。具体来说，SIK1在肝脏中激活PDE4，从而抑制cAMP信号并抑制肝脏糖异生（Liu等人，2020，Liu等人，2020）。在胰岛中，SIK1增强的PDE4活性降低了细胞内cAMP水平，导致葡萄糖刺激的胰岛素分泌增加（Kim等人，2015）。鉴于骨骼肌是体内最大的胰岛素敏感代谢组织，在葡萄糖处理中起核心作用，阐明SIK1在骨骼肌代谢信号中的作用非常重要，但这一领域仍研究不足。

据报道，SIK1调节骨骼肌中的肌母细胞存活和分化（Sasaki等人，2018；Stewart等人，2013）。SIK1磷酸化HDAC5，释放HDAC5对MEF2的抑制作用，从而促进肌生成分化（Berdeaux等人，2007）。虽然其在肌生成中的作用已经确立，但SIK1对骨骼肌胰岛素敏感性的贡献仍不明确。迄今为止，尚未有临床研究比较肥胖或胰岛素抵抗个体与健康瘦人的骨骼肌SIK1表达或活性。然而，来自小鼠模型的证据（如饮食诱导的肥胖（DIO）和db/db小鼠）表明，在胰岛素抵抗条件下，骨骼肌中的SIK1表达增加（Horike等人，2003；Nixon等人，2016）。在DIO小鼠中，Nixon等人（2016）报告称，肌肉特异性删除SIK1可以改善葡萄糖耐受性和胰岛素敏感性。尽管如此，SIK1在胰岛素抵抗发病机制中的具体作用，以及其在胰岛素抵抗骨骼肌中的表达和活性是如何调节的，仍不清楚。

在这项研究中，我们发现棕榈酸处理的C2C12肌管和饮食诱导的肥胖小鼠的骨骼肌中，SIK1的表达及其Thr182位的磷酸化显著上调，表明SIK1参与了脂质诱导的骨骼肌胰岛素抵抗，这一点通过基因敲低或药物抑制SIK1在棕榈酸处理的C2C12肌管中改善胰岛素抵抗得到了进一步证实。基于这些发现，我们进一步研究了调节SIK1上调的上游信号通路，以及SIK1在骨骼肌中介导脂质诱导的胰岛素抵抗的下游机制。

试剂

牛血清白蛋白（BSA）（目录号A4612）、棕榈酸（PA）（目录号P0500）和胰岛素（目录号I5500）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州）。重组人TGF-β1蛋白（TGFβ1）（目录号240-B-010）购自R&D systems（美国明尼苏达州）。EW-7195（EW）（目录号HY-18766）和罗氟司特（Roflu）（目录号HY-15455）购自MedChemExpress（美国新泽西州）。HG-9-91-01（HG）（目录号T4599）购自TargetMol（美国马萨诸塞州）。西利宾（Sili）（目录号BD32750）购自Bide Pharmatech

棕榈酸处理的C2C12肌管中SIK1的上调对驱动胰岛素抵抗至关重要

为了研究SIK1在脂质诱导的骨骼肌胰岛素抵抗中的作用，C2C12肌管用0.2 mM棕榈酸（PA）处理48小时以建立胰岛素抵抗模型。该模型通过胰岛素刺激的Akt在Ser473位（pAkt）的磷酸化受损和葡萄糖摄取受损得到证实（补充图1），表现出SIK1的显著上调（图1A–C）。SIK1的mRNA和蛋白质水平分别增加了55.7%和70.7%，同时

讨论

骨骼肌中脂质过度积累是胰岛素抵抗的主要驱动因素，但其背后的分子机制尚未完全明确（Whytock和Goodpaster，2025）。据报道，SIK1调节肌生成分化（Stewart等人，2013），但其在脂质诱导的骨骼肌胰岛素抵抗中的确切作用尚不清楚。在本研究中，我们证明了脂质过载通过

CRediT作者贡献声明

黄素玲：写作 – 审稿与编辑，监督，项目管理，资金获取，正式分析。秦莉：方法学。冷颖：写作 – 审稿与编辑，监督，项目管理，正式分析。施宇：方法学，研究。刘艳丽：写作 – 原稿撰写，方法学，研究，正式分析，数据管理。曲慧：方法学。沈宇：方法学

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据可用性

数据可应要求提供。

利益冲突声明

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致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号：82073905）的支持。