最新发现!GCK-MODY患者具有独特的抗动脉粥样硬化脂质谱特征

2021年1月，中国医学科学院北京协和医院肖新华教授与中科院遗传发育所税光厚教授合作在Redox Biology（IF：10.0）上发表了题为“Localized increases in CEPT1 and ATGL elevate plasmalogen phosphatidylcholines in HDLs contributing to atheroprotective lipid profiles in hyperglycemic GCK-MODY”的研究论文，发现了促进GCK-MODY基因筛查的血清脂质生物标志物组，揭示了GCK-MODY独特的抗动脉粥样硬化脂质谱。

青少年发病的成人型糖尿病2型（GCK-MODY），也称为MODY2，是由于葡萄糖激酶（GCK）基因突变导致的少见常染色体显性遗传性糖尿病。通常，除妊娠特殊时期外，大多数GCK-MODY患者不需要任何药物治疗，控制饮食、加强运动即可很好地控制血糖。因此，正确鉴别GCK-MODY和其他类型糖尿病，可以避免不必要的治疗。GCK-MODY的临床误诊率一直很高，尽管基因检测仍然是诊断GCK-MODY的金标准，但技术和经济限制使其无法大规模应用于临床。因此，在基因检测之前开展良好的生物标志物筛选有望提高GCK-MODY基因检测的成本效益。

GCK-MODY另一独特临床特征是其微血管和大血管并发症风险极低，几乎与非糖尿病健康个体相当。因此，GCK-MODY作为良好的天然模型可用于研究高血糖状态下血管保护作用的分子机制，预期此类机制有助于实现糖尿病心血管保护的最终治疗目标。本研究聚焦于脂质代谢，对GCK-MODY行全面的脂质组学评估，以揭示高血糖情况下低大血管并发症风险的潜在分子机制。

本研究对105例受试者（42例非糖尿病对照、30例GCK-MODY患者、33例T2D患者）的25类共565种血脂进行了全面定量。OPLS-DA分析结果提示，GCK-MODY和T2D受试者脂质谱明显分离，而且VIP得分最高的四种血浆脂质组合（PC 34:0p、PC 34:0p、PI 36:2、TAG52:4）可以很好地区分GCK-MODY和T2D，AUC为0.950，说明了血脂可作为潜在的生物学标志物，为临床早期识别GCK-MODY并实施基因检测以进一步确诊提供了强有力的依据。

图1. 用于区分GCK-MODY和T2D受试者的血脂生物标志物

A. 森林图显示了非糖尿病对照组、GCK-MODY和未服药的T2D受试者之间的血清脂质分类的平均差异和95%CI，使用多变量线性回归模型校正了年龄、性别和BMI。左图显示GCK-MODY相对于对照组的平均差异，右图显示GCK-MODY相对于T2D组的平均差异。B. OPLS-DA结果显示，GCK-MODY和T2D受试者的血清脂质谱出现分离。C. 采用logistic回归分析的受试者工作特征（ROC）曲线，使用OPLS-DA VIP评分最高的前5种脂类，将GCK-MODY和T2D分离，AUC为0.965。阴影区域表示AUC的95%CI。*FDR<0.05；**FDR<0.01；***FDR<0.001。短链三酰基甘油（TAGs）指碳原子数为44~46的化合物；中链TAGs总碳原子数=48~56；长链TAGs总碳原子数≥58。

多变量线性回归结果显示，与T2D相比，GCK-MODY患者血浆中短链和中链TAGs水平显著下降，而含胆碱的脂质，包括磷脂酰胆碱（PCs）、溶血-PCs（LPCs）和鞘磷脂（SMs）显著升高。与非糖尿病对照组相比，GCK-MODY中的数种PCs和缩醛磷脂PC（PCps）也明显升高。这表明，与健康对照和T2D相比，GCK-MODY中PCs和PCps的整体生物合成增强。进一步沿TAG-DAG-PC途径的脂质矩阵相关分析显示，GCK-MODY患者血浆中PCs，特别是PCps与几种TAGs和二酰基甘油（DAGs）呈特定负相关，而在T2D受试者中并未发现该现象。

图2. 相对于T2D，GCK-MODY的PCps调控出现特异性改变

A. GCK-MODY和T2D中沿TAG-DAG-PC途径的脂质相关矩阵。阴影圈表示Pearson相关性为FDR<0.05。圆圈的颜色表示相关系数（正相关：红色；负相关：蓝色）。几种PCs和PCps在GCK-MODY中与几种TAGs和DAGs呈负相关（蓝色圆圈），表明下游PCs和PCps生物合成的甘油脂类前体通量增强（蓝框）。GCK-MODY中PCps与甘油脂类前体之间的负共调节作用在T2D中消失。B. GCK-MODY和T2D患者非靶向血清脂质组学分析的代表性色谱和质谱。提取的离子色谱图表明，相对于T2D（红线），GCK-MODY（蓝线）的PCps增加，TAGs减少。

与临床指标相关性分析显示，GCK-MODY中的几种血清PCps与ACR、FBG、2PBG、TG和CRP呈负相关，表明血清中PCps的水平升高对整体代谢健康有益。值得一提的是，相对于非糖尿病健康受试者，T2D和GCK-MODY中血清PCps均与总HDL-c存在特别强的正相关性，且MODY2中表现出PCps升高的特定GCK突变患者其HDL-c水平同样升高。

图3. 在高血糖人群中，血清PCps与循环中的HDLs尤其相关

A.与健康对照组相比，高血糖个体（GCK-MODY和T2D）的血清PCps和HDLs之间的正相关性增强。采用Spearman相关性研究个体血清PCs与血液代谢指标的相关性。圆圈的颜色表示相关方向（红色：正相关；蓝色：负相关），圆圈的大小和颜色强度表示相关性的强度（圆圈越大、颜色越深，表示相关性越强）。垂直比例尺表示相关系数的值。仅展示了P<0.05的相关性。B. 不同GCK突变个体血清胆碱脂和实验室指标的聚合阶层式分群。与血清PCps增强相关的GCK突变与显示循环HDLs增加的突变相对应。对样本的脂质水平进行标准化，并使用欧几里得距离来可视化不同GCK突变之间的差异。右边的颜色图例是指队列中重复出现频率>1的GCK突变，相同颜色对应相同的突变。

进一步分离HDLs，探讨HDLs中二酰基PCs和PCps的特异变化，发现与T2D相比，MODY2患者HDLs中超长链PUFA-PCs和PCps水平显著增加。最后，运用Western Blot方法探讨通过TAG-DAG-PC途径合成PCs和PCps过程中关键酶水平变化。结果显示，GCK-MODY患者HDLs显著富集脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）和胆碱/乙醇胺磷酸转移酶1（CEPT1）。而通过CEPT1介导合成PCps的前体物质DAGs显著下降。这提示，GCK-MODY患者相较于T2D通过DAGs从头新合成PCps明显增强。而PCps可通过促进甘油脂类前体物质的清除、增加HDLs胆固醇逆向转运以及抗凋亡能力等多种途径发挥抗动脉粥样硬化作用。

图4. GCK-MODY在HDLs中相对于T2D的脂质和蛋白水平的变化

A. 血清中脂质以μmol/L表达时，GCK-MODY（n=6）中几种HDL二酰基PCs和PCps较T2D（n=6）显著升高（P<0.05），提示GCK-MODY中HDL含量升高。B. 当脂质表达为μmol/mg的HDL蛋白时，GCK-MODY（n=6）中HDL PUFA-PCs和PCps相对于T2D（n=6）的特异性增加，表明GCK-MODY中这些脂质在每个HDL颗粒基础上的局部性和优先性增加。红色阴影圈表示Mann- Whitney U检验有统计学意义（P<0.05）。C. GCK-MODY和T2D受试者的ATGL和CEPT1的HDL水平、血清胆碱磷酸转移酶1 (CPT1)水平的代表性凝胶图像。将等量的总蛋白质装入每个通道。D. HDL颗粒中ATGL和CEPT1的定量水平。将每个样本的相对蛋白水平标准化到GCK-MODY的平均蛋白水平。P值来自学生t检验。

总而言之，该研究证明了GCK-MODY中HDL局部ATGL和CEPT1的显著富集，催化了甘油脂类前体沿着TAG-DAG-PC生物合成途径产生PC和PCps。研究首次发现CEPT1和ATGL在HDL上的富集以及循环HDLs中PCps的特异性增加可能是GCK-MODY大血管并发症发生率低的潜在机制之一。

图5. 相对于T2D，GCK-MODY中HDLs动脉粥样硬化保护特性的分子基础示意图

与T2D相比，GCK-MODY显示出更高循环水平的HDLs。考虑到每个HDL颗粒，GCK-MODY显示ATGL和CEPT1增加到HDL表面，促进中性脂质分解前体即DAGs和TAGs，并促进PCps和PUFA-PCs的产生。PCps的局部增加有望对HDLs的心脏保护起到积极作用，包括胆固醇从内皮细胞（ECs）流出的能力增加，对ECs的抗凋亡作用，以及阻止周围血管系统中磷脂氢过氧化物（PCOOH）自由基增加的能力增强。尽管自出生以来，血管内皮长期暴露在高血糖环境中，但HDLs独特的动脉粥样硬化保护特性为GCK-MODY提供了额外的预防不良血管事件的保护作用。*增加仅限于超长链PUFA-PCs。