Cell | 告别“一刀切”：骨骼肌深层分子图谱，开启糖尿病精准医疗新篇章！

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身体的“分子指纹”：蛋白质组学与磷酸化蛋白质组学

为了描绘如此精微的个体差异，研究团队采用了高通量（high-throughput）、半自动化（semi-automated）蛋白质组学工作流程，结合数据非依赖性采集（Data-Independent Acquisition, DIA-PASEF）质谱技术，对来自受试者的骨骼肌活检样本进行了深入分析。

他们成功量化了约3000种蛋白质（proteins）和约15000个磷酸化位点（phosphosites）。值得注意的是，在这些磷酸化位点中，丝氨酸（serine）磷酸化占比约为62%，苏氨酸（threonine）磷酸化占比约为29%，而酪氨酸（tyrosine）磷酸化则达到了惊人的10%。这一独特的酪氨酸磷酸化图谱，在骨骼肌中尤为突出，与许多其他组织中酪氨酸磷酸化通常仅占0.1%-2%的比例形成了鲜明对比。

如此庞大的数据量，其准确性如何？研究人员通过评估磷酸化蛋白质组学的批次内技术变异系数（technical coefficient of variation）发现，该工作流程的变异系数中位数仅为8%，这表明数据的高度可靠性，绝大部分变异来源于生物学本身而非技术误差。

绘就“生命蓝图”：前沿蛋白质组学技术的利器

这项研究的最大亮点之一，便是通过对骨骼肌蛋白质组（proteome）和磷酸化蛋白质组（phosphoproteome）的全面分析，揭示了预测全身胰岛素敏感性的关键分子特征。

禁食状态下的“未卜先知”：蛋白质组与磷酸化蛋白质组的预测力

研究发现，在禁食（fasting）状态下，骨骼肌的蛋白质组和磷酸化蛋白质组，能够极大地预测全身胰岛素敏感性。当预测胰岛素敏感性状态（高或低）时，蛋白质组和磷酸化蛋白质组的受试者工作特征曲线下面积（Area Under the Curve, AUC）分别达到了0.93和0.96。这意味着它们比简单的2型糖尿病临床诊断（AUC分别为0.85和0.82）具有更强的预测能力。

更具体地说，骨骼肌蛋白质组与禁食胰岛素（fasting insulin）、HOMA1-IR（一种胰岛素抵抗的估算指标）和M-value等胰岛素依赖性临床指标具有强相关性，但与禁食血糖（fasting blood glucose）和糖化血红蛋白（HbA1c）的关联性较弱。而磷酸化蛋白质组（无论是禁食还是胰岛素刺激后）与M-value的关联性，甚至超过了其他任何胰岛素敏感性指标。这再次强调，我们关注的重点应当是个体的胰岛素敏感性水平，而非仅仅是其是否被诊断为糖尿病。

胰岛素敏感性的“分子晴雨表”：关键蛋白质与通路

研究人员识别出了136种在禁食状态下与全身胰岛素敏感性显著相关的蛋白质。其中，热休克相关70 kDa蛋白2（heat-shock-related 70 kDa protein 2, HSPA2）与胰岛素敏感性呈强烈负相关，而D-β-羟丁酸脱氢酶（D-beta-hydroxybutyrate dehydrogenase, BDH1）则呈强烈正相关。这些发现也在独立验证队列中得到了高度一致的证实，方向性保守性高达89%。

有趣的是，尽管2型糖尿病和正常葡萄糖耐量个体之间存在代谢差异，但在离散比较中，只有15种蛋白质在两组之间存在显著差异。这进一步说明，胰岛素抵抗的生物学基础更多地体现在连续变化的分子图景中，而非简单的“患病”与“健康”标签。

那么，这些蛋白质与胰岛素抵抗有何关联呢？

“能量工厂”的效率： 与胰岛素敏感性呈正相关的蛋白质，主要参与了氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）和脂肪酸降解（fatty acid degradation）等代谢通路。这些通路的功能障碍，长期以来被认为是胰岛素抵抗和2型糖尿病的典型特征。

“垃圾处理”的异常： 相反，与胰岛素敏感性呈负相关的蛋白质，则主要参与了蛋白酶体（proteasome）和泛素介导的蛋白水解（ubiquitin-mediated proteolysis）等过程，以及Wnt信号（Wnt signaling）和肾上腺素能信号（adrenergic signaling）通路。这暗示蛋白质降解/周转的改变，可能也参与了胰岛素抵抗的发生发展，而这些领域以往研究相对较少。

线粒体：数量不重要，质量和协作才关键？

线粒体（mitochondria）作为细胞的“能量工厂”，其在2型糖尿病中的作用一直备受争议。这项研究发现，尽管2型糖尿病患者和正常葡萄糖耐量（NGT）个体之间，线粒体蛋白质的总丰度没有显著差异，但线粒体蛋白质的总丰度与胰岛素敏感性高度相关。这意味着2型糖尿病本身并非线粒体数量的固有缺陷，而线粒体的丰度更多地反映了胰岛素敏感性水平。

更深入地，当调整了线粒体总丰度的影响后，ATP合成酶复合物（ATP-synthase complex，线粒体电子传递链的复合体V）与胰岛素敏感性表现出最强的正相关性。这提示我们，关注线粒体内部复合体的协作和效率，可能比仅仅关注其总量更有意义。

代谢“开关”的动态：乳酸与糖酵解/氧化磷酸化之舞

乳酸（lactate）是糖酵解（glycolytic metabolism）和氧化代谢（oxidative metabolism）之间转换的重要中间产物。研究发现，乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase, LDH）的两种亚型——LDHA和LDHB，在不同诊断组之间呈现相反的调控模式，且与胰岛素敏感性呈相反关联。LDHA倾向于产生乳酸，促进糖酵解；而LDHB则倾向于将丙酮酸转化为乳酸，促进氧化代谢。

更重要的是，LDHA/LDHB的比例与胰岛素敏感性密切相关。随着胰岛素敏感性的提高，氧化磷酸化相关蛋白质的丰度从7%增加到10%，而糖酵解相关蛋白质的比例则相应减少。这表明，在胰岛素敏感性增加时，骨骼肌的代谢模式会从依赖糖酵解向更高效的氧化代谢转变。糖酵解/氧化代谢蛋白质的比例，与胰岛素敏感性呈负相关，进一步强调了代谢蛋白质结构在不同代谢阶段的显著差异。

信号的“涟漪”与“激流”：胰岛素刺激下的动态响应

胰岛素信号传导（insulin signaling）是细胞代谢和合成反应的指挥官。研究团队不仅关注了禁食状态下的分子图谱，还深入分析了胰岛素刺激（insulin stimulation）后骨骼肌磷酸化蛋白质组的动态变化。

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