原文题目：Vps37a regulates hepatic glucose production by controlling glucagon receptor localization to endosomes
通讯作者：Anja Zeigerer
隶属单位：德国海德堡大学医院德国德国糖尿病研究中心
DOI：https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.09.022
在禁食期间，胰高血糖素通过激活糖异生和糖原分解来刺激肝葡萄糖产生（HGP），以维持正常血糖，并为消耗葡萄糖的器官（如大脑）提供燃料。在2型糖尿病（T2D）患者中观察到的这些途径的过度激活有助于空腹高血糖和胰岛素抵抗（IR）。然而，确保正确控制HGP的细胞生物学机制仍然知之甚少。
胰高血糖素受体（GCGR）是一种B类G蛋白偶联受体（GPCR），是胰高血糖素在肝脏中作用的主要调节因子。它通过质膜（PM）处的胰高血糖素结合激活，刺激复杂的信号级联反应，其中G断续器亚基通过激活蛋白激酶 A （PKA）/cAMP 响应性元件结合 （CREB） 蛋白信号通路，启动 cAMP 介导的糖异生基因、葡萄糖-6-磷酸酶 （G6PC） 和磷酸烯醇丙酮酸激酶 （PCK1） 诱导。另一方面，G断续器亚基通过磷脂酶C起作用ε（可编程逻辑控制器ε）介导的肌醇三磷酸（IP3β ）通过诱导INSP3R1依赖性钙外流到线粒体。GCGR信号传导对葡萄糖产生和脂质使用的综合下游效应限制了GCGR作为T2D靶标的潜力，因为使用抑制剂减少高血糖与脂肪肝和血脂异常。然而，如果没有对如何调节不同信令功能的详细机械理解，有针对性的策略仍然是一个挑战。
图1：肝脏中Vps37a的消耗导致葡萄糖产生增加和基础cAMP / PKA / p-Creb途径的激活
尽管经典观点认为GPCR激活的信号传导仅发生在PM，但现在有证据表明，在各种细胞内区室中，来自A类GPCR的G蛋白信号传导，揭示了信号调控的额外复杂性。在外加体结合时，GPCR激酶将GPCR激酶磷酸化，GPCR激酶招募胞质β-阻止素，导致受体内化到内体以进行溶酶体降解或通过再循环到PM。改变这种细胞内运输行为表明，与受体酪氨酸激酶相似，GPCR 信号传导的时空调节发生。对于代谢相关的B类GPCR（如Gcgr）是否同样如此，尚不清楚。鉴于这些受体在T2D和非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）中的重要作用，需要更好地表征其细胞内信号传导。此外，内体分选蛋白在这些受体的时空动力学中的重要性以及对全身代谢的后果仍未完全未被探索。
图 2：Vps37aKD 导致胰高血糖素信号过度激活
研究人员表明真空蛋白质分选37a（Vps37a）通过控制Gcgr的溶酶体降解来调节HGP.Vps37a是运输所需的内体分选复合物（ESCRT）-I复合物，在对膜受体进行降解分选中起关键作用，从而有助于信号终止。研究人员的研究表明，肝细胞中Vps37a的还原导致Gcgr的内体积累，同时减少其在溶酶体中的存在，导致HGP的优先活化而不影响脂肪酸β氧化。这些数据表明Vps37a在Gcgr贩运中具有独特的功能，突出了迄今为止在调节Gcgr代谢信号传导中的未知作用。
研究人员证明了Gcgr信号介导的HGP调节可以通过改变内体蛋白Vps37a的Gcgr的细胞内分布来独立于其在脂质代谢中的作用来控制。.当受体被重定向到PM时，胰高血糖素再次激活β氧化以及糖异生。因此，Gcgr的内体定位将葡萄糖与Gcgr信号传导下游的脂质代谢分离。
图 3：Vps37a 通过 Gcgr 调节 cAMP/p-克雷布信号传导
该数据揭示了控制Gcgr细胞内定位如何导致胰高血糖素信号传导的改变，并对HGP产生生理影响。像所有跨膜受体一样，由于PM的重组，Gcgr在基础状态下也经历构成性内吞作用。因此，即使没有配体，Gcgr也会被内化，如其他RTK和GPCR所示。然而，它通过内体系统的特定路径和动力学尚不清楚。使用Cy5-胰高血糖素激动剂，研究人员发现Vps37a的减少降低了Gcgr的PM定位，并增加了受体对内体的定位。这很可能不是由于直接促进受体内化，因为ESCRT-I蛋白不参与PM的运输，而是由于Vps37a对通过内体的Gcgr运输的影响。事实上，通过动力蛋白抑制剂在体外阻断内吞作用揭示了Gcgr的内体信号传导对糖异生基因表达。然而，通过干扰Vps37a以外的其他方式重新分配Gcgr，例如RAMP2的过表达对糖异生或体内信号传导没有影响。这表明ESCRT-I阳性内体在确定Gcgr信号传导和葡萄糖代谢调节方面具有特定的调节作用。由于对胰高血糖素信号传导到cAMP / PKA / Creb途径的规定是针对Vps37a的，并且不因其他ESCRT-I成员的消耗而变得富有症状，因此它们支持Vps37a在Gcgr运输和信号传导中的独特作用，并通过观察到的Vps37a与Gcgr的相互作用进一步证实。然而，Vps37a的贩运功能需要一个稳定的ESCRT-I复合物。事实上，研究人员观察到OE Vps37a增加了其他ESCRT-I成员的蛋白质丰度，这与先前关于ESCRT-I稳定性和功能的研究。因此，通过含有Vps37a的ESCRT-I复合物进行内体运输在Gcgr信号传导中增加了一层额外的潜在调节，对全身代谢稳态有影响。
图4：HFD小鼠中的Vps37aKD在不改变脂质代谢的情况下诱导高血糖
该研究结果提出了一个问题，即改变Gcgr定位如何优先激活糖异生，因为研究人员观察到TG含量或基底和胰高血糖素刺激的β氧化没有变化，这与β-2 KD小鼠。β-arrestin-2 耗竭导致 Gcgr 定位到 PM 的增强，而 Vps37aKD 则增加内体中受体的存在。事实上，持续 G断续器据报道，内体通过GPCR、β-受体阻滞素-2和G蛋白。因此，内体Gcgr种群将促进持续的G断续器-蛋白质信号传导，由肝细胞中长时间的p-Creb活化支持。但是，G断续器信号，负责通过IP激活PM的β氧化3形成，迄今尚未报道细胞内细胞器。这些信号传导机制的差异可以通过不同的膜特性和曲率来解释，因为PM是一个相对均匀的表面，而内体膜具有高曲率和不同的脂质组成，这可能导致信号效应子。事实上，研究人员可以通过在Vps37a / β-阻止素-2 DKD中阻止PM处的受体来挽救胰高血糖素诱导的β氧化，这一事实支持了这一假设，因为这些定位的变化将与不同的膜组成和性质有关。
图 5：Vps37a 与 Gcgr 交互
该研究发现简单地改变GPCR的定位会改变其基础信号传导活性，这表明内体膜上的环境有利于Gcgr的组成性活性确认，如前所述。事实上，内体的高曲率可能会引发Gcgr跨膜区域的扭曲，从而暴露G蛋白的结合袋，以相互作用于内体。由于所有GPCR都经过基础活性状态，该状态设置配体活化的阈值，延长内体的存在将稳定这种基础活性，导致持续的信号传导。了解为什么这是特定于 G 的断续器而不是 G断续器信号传导将需要对不同细胞膜内纯化的Gcgr进行体外重建测定，其中测量特定的G蛋白偶联，如对某些A类GPCR。事实上，研究人员发现配体诱导的G增强。断续器VPS37AKD 募集至 Rab5 阳性内体，证实内体 G 持续存在断续器用于 GCGR 的信令。然而，需要进一步的工作来了解不同的细胞膜如何影响基底和胰高血糖素条件下Gcgr的结构 - 活性关系。
Gcgr信号传导对来自内体的葡萄糖代谢的过度激活表现为HFD下的高血糖和IR，这一事实清楚地支持了通过Gcgr传导的内体信号传导对代谢疾病的显着贡献。T2D 和肥胖患者中 VPS37A 表达的显著降低表明代谢紊乱中 GCGR 细胞内运输的潜在失调。事实上，在HFD喂养的小鼠和慢性病患者，可能有助于疾病表现。因此，干扰细胞内运输和受体定位可能是一种解耦Gcgr信号传导并克服与糖尿病中靶向Gcgr相关的问题的策略。
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