LANCL1 binds abscisic acid and stimulates glucose transport and mitochondrial respiration in muscle cells via the AMPK/PGC-1a/Sirt1 pathway

LANCL1 結合脫落酸并通過 AMPK PGC-1α Sirt1 通路刺激肌肉細胞中的葡萄糖轉運和線粒體呼吸

來源：MOLECULAR METABOLISM 53 (2021) 101263

 

1. 摘要核心內容

 

本研究首次證實LANCL1是ABA的高親和力受體（Kd ≈ 4.3 μM），與LANCL2功能冗余但親和力略低。核心發現：

 

分子結合：人源重組LANCL1通過平衡結合實驗、表面等離子共振（SPR）和熒光淬滅實驗驗證ABA結合能力（圖1-2）；

 

 

 

細胞功能：在L6肌母細胞中，過表達LANCL1或LANCL2均能增強ABA刺激的葡萄糖攝取（4倍），上調GLUT4/GLUT1表達（4-6倍），激活AMPK/PGC-1α/Sirt1通路（2倍），并提升線粒體呼吸（5倍）及解偶聯蛋白（UCP3、sarcolipin）表達（圖3-5）；

 

 

 

 

動物模型：LANCL2敲除（KO）小鼠通過自發上調LANCL1補償ABA功能，慢性ABA治療（1 μg/kg/天）改善葡萄糖耐量，并顯著提升肌肉GLUT4/GLUT1（20倍）和線粒體基因表達（圖6）。

 

 

2. 研究目的

 

驗證LANCL1是否作為ABA受體，填補LANCL2缺失時的功能空缺；

 

解析LANCL1介導的ABA信號通路（AMPK/PGC-1α/Sirt1）；

 

探究LANCL1/2在胰島素非依賴性葡萄糖攝取和能量代謝中的進化意義。

 

3. 研究思路

 

分子→細胞→動物三層次驗證：

 

分子結合驗證：

 

表達純化人源LANCL1蛋白，通過SPR、熒光淬滅和[3H]ABA平衡結合實驗測定ABA親和力（圖1-2）；

 

圓二色譜（CD）分析pH穩定性，確認蛋白結構完整性（圖1C）。

 

細胞功能研究：

 

構建L6肌母細胞模型：過表達/沉默LANCL1/2（圖3A）；

 

檢測葡萄糖類似物（NBDG）攝取、GLUT4/1膜轉位（圖3B, 4C）；

 

qPCR/WB分析AMPK/PGC-1α/Sirt1通路激活（圖3C-D, 4A-B）；

 

丹麥Unisense電極實時監測細胞耗氧率（圖5C）。

 

動物模型驗證：

 

LANCL2 KO小鼠口服葡萄糖耐量試驗（OGTT）（圖6A）；

 

慢性ABA處理后的肌肉基因表達分析（GLUT4、UCP3、sarcolipin）（圖6C-D）。

 

4. 關鍵數據及研究意義

（1）LANCL1的ABA結合特性（圖1-2）

 

數據：

 

SPR：Kd = 11.5 μM（圖2A右）；

 

熒光淬滅：Kd = 4.3 μM（圖2B）；

 

[3H]ABA平衡結合：Kd ≈ 1-10 μM（圖2A左）。

 

意義：首次證實LANCL1是ABA功能性受體，親和力與LANCL2相當（LANCL2 Kd ≈ 1.0 μM），為受體冗余提供分子基礎。

 

（2）葡萄糖轉運與信號通路（圖3-4）

 

數據：

 

NBDG攝取：LANCL1過表達使ABA刺激的葡萄糖攝取↑4倍（圖3B）；

 

GLUT4/1表達：mRNA↑4-6倍，膜轉位↑2-8倍（圖3C, 4C）；

 

AMPK/PGC-1α/Sirt1：蛋白表達及磷酸化↑2倍（圖4A）。

 

意義：LANCL1通過AMPK/PGC-1α/Sirt1軸激活胰島素非依賴性葡萄糖轉運，為糖尿病治療提供新靶點。

 

（3）線粒體功能調控（圖5-6）

 

數據：

 

線粒體DNA含量：LANCL1過表達↑2倍（圖5B）；

 

解偶聯蛋白：UCP3 mRNA↑12倍，sarcolipin↑3倍（圖5A）；

 

耗氧率：ABA刺激后細胞呼吸↑5倍（圖5C）。

 

意義：LANCL1通過上調UCP3/sarcolipin增強線粒體解偶聯和能量消耗，提示其在代謝疾病中的調控作用。

 

5. 核心結論

 

LANCL1是新型ABA受體：與LANCL2共享低微摩爾級親和力（Kd ≈ 4.3 μM），功能冗余但親和力略低；

 

信號通路保守性：兩者均通過AMPK/PGC-1α/Sirt1通路激活GLUT4/1轉位和線粒體呼吸；

 

進化優勢：受體冗余保障ABA在胰島素非依賴性葡萄糖攝取中的核心作用，尤其在LANCL2缺失時（如KO小鼠）；

 

治療潛力：慢性ABA治療可逆轉LANCL2 KO小鼠的糖耐量異常，為代謝性疾病提供干預策略。

 

6. 丹麥Unisense電極的研究意義

 

技術原理與數據：

 

功能：采用Unisense氧敏感微電極（圖5C）實時監測封閉腔室內L6肌母細胞的溶解氧濃度：

 

動態監測：每30秒記錄氧濃度變化，持續10分鐘（方法部分）；

 

關鍵實驗：比較空載體（PLV）與LANCL1/2過表達細胞的基礎耗氧率及ABA刺激后耗氧率（100 nM ABA預處理12小時）。

 

關鍵參數：

 

基礎耗氧：LANCL1/2過表達細胞耗氧率↑2倍（vs. PLV）；

 

ABA刺激：耗氧率進一步↑5倍（圖5C）。

 

科學價值：

 

精準量化線粒體功能：

 

直接證實LANCL1/2過表達提升基礎呼吸容量（反映線粒體數量/功能增強）；

 

揭示ABA通過LANCL1/2觸發最大呼吸速率提升（5倍），證明受體介導的代謝爆發效應。

 

技術優勢突破：

 

高時空分辨率：秒級監測捕捉耗氧動力學，規避傳統終點法誤差；

 

生理相關性：活細胞實時監測，避免離體線粒體提取的活性損失。

 

機制深度解析：

 

結合UCP3/sarcolipin上調數據（圖5A），明確LANCL1/2通過增強解偶聯提升呼吸效率；

 

為"ABA-LANCL通路增強能量代謝"理論提供直接生理功能證據。

 

領域貢獻：

 

首次將Unisense電極技術應用于ABA受體功能研究，確立其為代謝研究金標準；

 

揭示線粒體呼吸調控是LANCL1/2的核心效應，為肥胖/糖尿病機制研究提供新視角。

 

創新點圖示：

 

ABA結合LANCL1/2 → 激活AMPK磷酸化 → 上調PGC-1α/Sirt1 →  

│ → GLUT4/1轉位 → 葡萄糖攝取↑  

└ → UCP3/sarcolipin表達↑ → 線粒體解偶聯 → 耗氧率↑

 

臨床啟示：

 

糖尿病治療：靶向LANCL1/2或ABA信號可繞過胰島素抵抗；

 

代謝健康：增強線粒體呼吸效率有望對抗肥胖相關代謝紊亂。