在哺乳動(dòng)物中，G6P催化糖異生的最后一步產(chǎn)生葡萄糖。然而，在果蠅中，它的作用是由海藻糖-6-磷酸合成酶1（Tps1）完成的，它產(chǎn)生海藻糖而不是葡萄糖。為了研究脂肪體Pepck1和Pdk在調(diào)節(jié)全身碳水化合物水平中的作用，研究人員使用GAL4-UAS和LexA-LexAop雙元系統(tǒng)選擇性地降低它們?cè)赮ki果蠅脂肪體中的表達(dá)，分別操縱腸道和脂肪體中的基因表達(dá)。使用LexAop-Yki系，發(fā)現(xiàn)Yki果蠅中全身海藻糖水平顯著降低，而葡萄糖和其他分析代謝物的水平不受Pepck1或Pdk缺失的影響。為了進(jìn)一步證實(shí)糖異生在Yki果蠅中的作用，通過(guò)追蹤¹³C₃標(biāo)記的丙氨酸，這是最具糖異生特性的氨基酸。正如預(yù)期的那樣，在Yki果蠅中檢測(cè)到¹³C₃標(biāo)記的草酰乙酸和磷酸烯醇丙酮酸的比例增加，而這些比例被脂肪體Pdk消耗顯著消除?？傊?，這些發(fā)現(xiàn)表明，由Pepck1和Pdk上調(diào)誘導(dǎo)的脂肪體糖異生導(dǎo)致Yki果蠅海藻糖水平升高。

Yki果蠅脂肪體中Pepck1和Pdk的上調(diào)刺激糖異生

接下來(lái)，研究人員探究了Upd3-JAK-STAT通路的作用。Yki果蠅的全身轉(zhuǎn)錄組分析顯示，脂肪體是JAK-STAT信號(hào)顯著激活的組織之一，其靶基因Socs36E的上調(diào)證明這一點(diǎn)。與此一致的是，在野生型果蠅ISCs中過(guò)表達(dá)Upd3會(huì)增加脂肪體Pepck1和Pdk的表達(dá)。值得注意的是，兩個(gè)獨(dú)立的染色質(zhì)免疫沉淀高通量測(cè)序（ChIP-seq）數(shù)據(jù)集分析顯示Pepck1和Pdk中存在JAK-STAT通路轉(zhuǎn)錄因子Stat92e的潛在結(jié)合位點(diǎn)。為了直接評(píng)估JAK-STAT通路對(duì)Pepck1和Pdk的調(diào)控，研究人員在脂肪體中表達(dá)了一種標(biāo)記的、組成型活性的Stat92e。與這些區(qū)域存在多個(gè)STAT結(jié)合基元一致，ChIP顯示Stat92e在脂肪體中與Pepck1和Pdk存在物理結(jié)合。這些觀察結(jié)果表明，JAK-STAT信號(hào)直接促進(jìn)脂肪體Pepck1和Pdk的表達(dá)，這是在Yki果蠅中觀察到的糖異生增加所必需的。

JAK-STAT信號(hào)通路調(diào)節(jié)脂肪體中Pepck1和Pdk的表達(dá)

鑒于癌癥惡病質(zhì)是影響健康和生存的主要因素，研究人員試圖確定抑制Yki果蠅脂肪體JAK-STAT信號(hào)是否可以抑制惡病質(zhì)癥狀。結(jié)果發(fā)現(xiàn)抑制Yki果蠅脂肪體中的JAK-STAT信號(hào)（通過(guò)hop/JAK缺失）和糖異生（通過(guò)Pdk缺失）都能恢復(fù)果蠅爬升能力并提高總存活率。

糖異生由非碳水化合物碳底物（如乳酸和糖原氨基酸）產(chǎn)生海藻糖和葡萄糖，研究人員假設(shè)糖異生的增加導(dǎo)致這些底物水平的不平衡。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，研究人員使用代謝組學(xué)分析了脂肪體Stat92e缺失和未缺失的Yki果蠅的相關(guān)代謝物水平，并將其與對(duì)照果蠅進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)丙氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸和異亮氨酸水平的降低，這些水平通過(guò)耗盡Stat92e完全或部分恢復(fù)。為了進(jìn)一步研究這些氨基酸的系統(tǒng)性缺乏是否由于脂肪體中糖異生的增加，接著對(duì)腹部樣本進(jìn)行代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)包括丙氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和蛋氨酸在內(nèi)的幾種氨基酸含量減少，但可以通過(guò)抑制脂肪體中的JAK-STAT信號(hào)來(lái)挽救。這些結(jié)果表明，這些氨基酸被用于Yki果蠅的三羧酸（TCA）循環(huán)。在這些氨基酸中，異亮氨酸和蛋氨酸可以轉(zhuǎn)化為琥珀酰輔酶A，可能導(dǎo)致α-酮戊二酸含量增加，同時(shí)ScsβA（琥珀酰輔酶A處理所需的基因）水平上調(diào)。Yki果蠅脂肪體中hop/JAK和Stat92e的缺失都降低了ScsβA的表達(dá)水平，表明代謝物和ScsβA表達(dá)的變化與JAK-STAT信號(hào)的激活有關(guān)?？傊?，這些數(shù)據(jù)表明肝臟激活JAK-STAT信號(hào)會(huì)破壞脂肪體和其他宿主器官的局部氨基酸穩(wěn)態(tài)。

肝糖異生促進(jìn)Yki果蠅的惡病質(zhì)

為了在哺乳動(dòng)物中驗(yàn)證這些發(fā)現(xiàn)，研究人員使用了一種完善的誘導(dǎo)性基因工程肺癌小鼠模型（Kras^LSL-G12D/+;Lkb1^flox/flox，簡(jiǎn)稱(chēng)KL小鼠）。研究人員假設(shè)癌癥厭食癥-惡病質(zhì)綜合征（CACS）KL小鼠中與惡病質(zhì)相關(guān)表達(dá)的Pck1(果蠅Pepck1同源物)和Pdk3是通過(guò)相同的IL-6-JAK-STAT信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制進(jìn)行調(diào)節(jié)。用IL-6處理離體的小鼠原代肝細(xì)胞，只有較長(zhǎng)時(shí)間的IL-6處理才能誘導(dǎo)Pck1和Pdk3的表達(dá)。值得注意的是，在注射產(chǎn)生IL-6的Lewis肺癌（LLC）細(xì)胞的小鼠（LLC+IL-6小鼠）中，肝臟中Pck1的表達(dá)似乎沒(méi)有變化，而Pdk3是唯一上調(diào)的PDK同工酶。

為了將目前的結(jié)果擴(kuò)展到人類(lèi)，研究人員分析了基因型-組織表達(dá)（GTEx）項(xiàng)目中226個(gè)非病變肝臟樣本的轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)PDK3的表達(dá)與IL-6-STAT3通路靶點(diǎn)以及轉(zhuǎn)錄因子基因STAT3呈正相關(guān)，這表明IL-6-JAK-STAT信號(hào)調(diào)節(jié)人類(lèi)PDK3的表達(dá)。為了探索肝臟PDK3上調(diào)的不良影響，接著分析癌癥基因組圖譜（TCGA）項(xiàng)目中372名參與者的肝細(xì)胞癌隊(duì)列的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。與小鼠模型結(jié)果一致，PDK3是唯一表達(dá)升高與生存率降低顯著相關(guān)的同工酶，這表明肝臟PDK3表達(dá)增加導(dǎo)致預(yù)后不良，這可能是其在驅(qū)動(dòng)代謝改變中發(fā)揮作用的結(jié)果?？傊?，研究結(jié)果支持IL-6-JAK-STAT信號(hào)促進(jìn)肝臟PDK3表達(dá)的保守機(jī)制，從而導(dǎo)致與癌癥相關(guān)的死亡率。

腫瘤誘導(dǎo)的JAK-STAT信號(hào)的保守性惡病質(zhì)作用

總之，該研究通過(guò)利用多模型方法對(duì)癌癥惡病質(zhì)的發(fā)病機(jī)制提供了見(jiàn)解，揭示了Upd3-JAK-STAT或IL-6-JAK-STAT信號(hào)在癌癥相關(guān)代謝紊亂中的保守致病作用，強(qiáng)調(diào)了靶向肝臟糖異生或PDK3在IL-6驅(qū)動(dòng)的癌癥惡病質(zhì)中的潛在治療策略。