2026年5月21日，耶鲁大学医学院Gerald I. Shulman团队在Nature Communications（中科院综合性期刊1区，2025年度Impact Factor=18.1）在线发表题为“Insulin receptor T1160 phosphorylation mediates renal cortical insulin resistance but not excess gluconeogenesis from glycerol”的研究论文。该文于2025年8月22日投稿，2026年4月23日接收。
传统观点通常将肝脏视为胰岛素抵抗状态下内源性葡萄糖生成异常的主要来源，而肾脏在这一过程中的作用长期缺乏精确的体内定量证据。本研究以雄性小鼠为对象，结合高脂饮食、胰岛素高血糖正常钳夹实验、稳定同位素示踪、Q-Flux代谢流分析、“葡萄糖指纹”技术以及胰岛素受体激酶IRKT1150A敲入模型，系统解析了肾皮质胰岛素抵抗与肾糖异生之间的关系。
研究发现，高脂饮食可引起肾皮质质膜sn-1,2-二酰甘油积聚、蛋白激酶Cε转位以及胰岛素受体激酶T1160位点抑制性磷酸化，进而削弱胰岛素信号和丙酮酸氧化。在高胰岛素状态下，高脂饮食小鼠的肾糖生成升高约6.5倍，并贡献约60%的全身内源性葡萄糖生成。过量肾糖生成约有一半来自线粒体来源底物，主要为丙酮酸；另一半则来自甘油。
值得注意的是，阻止IRK T1160对应位点磷酸化，可恢复肾皮质胰岛素信号、丙酮酸氧化及线粒体底物来源的糖异生，却不能抑制甘油来源的糖异生。该结果表明，肥胖相关肾糖生成异常由两套机制共同驱动：肾内胰岛素抵抗促进线粒体底物进入糖异生，而脂肪组织脂解失调增加甘油向肾脏输送，独立推动甘油糖异生。研究由此将肾皮质从糖代谢异常的“被动受累器官”，进一步定位为胰岛素抵抗状态下全身葡萄糖生成失调的重要参与者。
▶获取原文PDF文件，请关注本公众号，并在后台私信留言“20260802-2”，可自助获取！！！
☛或请关注本公众号“代谢与整合生物学”，然后点击下方链接，自动跳转下载页面：
代谢与整合生物学微信公众号_20260802-2.pdf
【摘 要】
在胰岛素抵抗和2型糖尿病中，内源性葡萄糖生成（endogenous glucose production，EGP）不能被有效抑制，是推动终末器官损伤的重要因素。传统观点认为，异常EGP主要由肝脏介导，而肾皮质在其中发挥的作用尚未得到充分认识。
本研究在雄性小鼠中考察高脂饮食（high-fat diet，HFD）是否会诱导肾皮质胰岛素抵抗，并同步评估肾糖生成（renal glucose production，RGP）及线粒体代谢。
结果显示，HFD增加了肾皮质质膜sn-1,2-二酰甘油（sn-1,2-diacylglycerol，sn-1,2-DAG）含量、蛋白激酶Cε（protein kinase C epsilon，PKCε）转位以及胰岛素受体激酶（insulin receptor kinase，IRK）T1160位点磷酸化，同时削弱胰岛素刺激的丙酮酸氧化及胰岛素信号传导。
在HFD小鼠中，RGP升高约6.5倍，并在高胰岛素状态下贡献约60%的全身EGP。过量RGP约有一半来自甘油，另一半来自线粒体来源的碳底物，其中丙酮酸是主要底物。
在HFD喂养的IRKT1150A敲入小鼠中，肾皮质胰岛素信号、丙酮酸氧化及线粒体来源糖异生的异常均得到纠正，但甘油来源糖异生仍然升高。
上述结果表明，sn-1,2-DAG→PKCε→IRKT1160信号轴参与介导肾皮质胰岛素抵抗，并提示肾糖异生是胰岛素抵抗状态下全身葡萄糖稳态失调的重要驱动因素。
01
研究背景及科学问题
2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）是21世纪最严峻的全球健康挑战之一，其代谢表型复杂，主要特征包括多组织胰岛素抵抗和葡萄糖稳态失调。
尽管肾脏被认为对全身葡萄糖稳态具有重要贡献，但与肝脏、骨骼肌和白色脂肪组织相比，体内肾脏胰岛素作用及肾脏胰岛素抵抗仍缺乏深入研究。肾脏产生的葡萄糖全部来源于肾皮质糖异生，但胰岛素如何调控肾皮质糖异生、线粒体补充反应和线粒体氧化等代谢流，肾脏是否会发生胰岛素抵抗，至今仍存在争议。因此，肾脏胰岛素抵抗的细胞机制及病理生理意义尚未得到充分阐明。
由于动静脉平衡法存在明显的技术限制，在体内准确测量肾脏对全身EGP的贡献一直较为困难。不过，已有证据表明，肾皮质具有显著的糖异生能力。
在肝脏特异性敲除葡萄糖-6-磷酸酶、使肝脏无法直接输出葡萄糖的动物模型中，全身葡萄糖稳态并未出现明显紊乱，这被认为与肾皮质的代偿性葡萄糖生成有关。接受肝移植的患者在无肝期初期，全身葡萄糖生成下降至基线水平的约40%，但在1小时内逐渐回升至基线的约60%。经典动物实验也显示，只有同时切除肝脏和肾脏，维持正常血糖所需的外源性葡萄糖输注量才会明显增加。
在血糖控制不佳的糖尿病患者中，肾糖生成在基础状态下可能升高约3倍，其绝对生成速率甚至可达到肝糖生成的85%。T2DM患者餐后肾糖生成的抑制也可能受损，但这一缺陷究竟来自肾脏自身的胰岛素抵抗，还是由其他机制驱动，目前尚不清楚。
在肝脏中，异位脂质积聚是肥胖相关肝脏胰岛素抵抗的重要机制。脂肪酸向胰岛素敏感组织的输送增加后，可促进质膜sn-1,2-DAG积聚并激活PKCε。
活化的PKCε可磷酸化IRK T1160位点。在小鼠中，对应位点为T1150。该位点位于IRK活化环中两个关键激活性酪氨酸残基Y1158和Y1162之间。T1160发生磷酸化后，可抑制IRK活性并破坏胰岛素信号。此外，PKCε还可磷酸化其他蛋白，进一步扰乱IRK下游信号节点。
质膜sn-1,2-DAG→PKCε→IRKT1160磷酸化轴已经被证实参与啮齿动物和人类骨骼肌及白色脂肪组织中的脂质诱导性胰岛素抵抗。这提示该机制可能是一种跨组织的保守机制，并可能同样存在于肾皮质中。
本研究发现，高脂饮食可引起肾皮质sn-1,2-DAG积聚和PKCε转位，并在IRK水平诱导肾皮质胰岛素抵抗，导致下游胰岛素信号及丙酮酸氧化受损。
研究还发现，在高胰岛素状态下，肾糖异生可贡献高脂饮食小鼠约60%的全身EGP。过量肾糖生成约有一半来自甘油，另一半来自线粒体来源底物，其中以丙酮酸为主。
IRKT1150A敲入可恢复肾皮质胰岛素信号、丙酮酸氧化及线粒体底物来源的糖异生，却不能纠正甘油来源糖异生。这表明肾糖异生升高同时受到肾内胰岛素信号缺陷和肾外甘油输送增加的驱动，后者可能与白色脂肪组织功能障碍有关。
02
重要发现及亮点
高脂饮食激活肾皮质sn-1,2-DAG→PKCε→IRKT1160信号轴
雄性小鼠接受3周高脂饮食后，与普通饲料组相比，体重、脂肪量及隔夜禁食后的基础胰岛素水平均升高。血浆葡萄糖和基础EGP也呈升高趋势，但差异未达到统计学意义。
在高胰岛素-正常血糖钳夹（hyperinsulinemic-euglycemic clamp，HEC）实验中，HFD小鼠维持正常血糖所需的稳态葡萄糖输注速率明显降低，同时胰岛素抑制血浆非酯化脂肪酸的能力受损。即使钳夹结束时HFD小鼠的血浆胰岛素水平更高，其整体胰岛素敏感性仍明显下降。HFD小鼠的全身甘油周转率约为普通饲料组的2倍。
进一步分析发现，HFD使肾皮质质膜sn-1,2-DAG含量增加约2倍，并伴随PKCε向质膜转位增加约4倍。肾皮质神经酰胺含量仅轻度增加约10%。与sn-1,2-DAG积聚和PKCε转位增强一致，IRK T1160位点的抑制性磷酸化明显升高。
高脂饮食破坏胰岛素信号及胰岛素刺激的丙酮酸氧化
研究进一步考察IRK T1160抑制性磷酸化是否会影响肾皮质的胰岛素信号。
在HEC结束时，HFD小鼠肾皮质IRK Y1162激活性磷酸化水平下降，表明胰岛素抵抗已经发生在胰岛素受体激酶层面。下游信号也同步受损，表现为AKT S473和叉头框蛋白O1（FOXO1）S256磷酸化降低，而丙酮酸脱氢酶（pyruvate dehydrogenase，PDH）S232、S293和S300位点的抑制性磷酸化升高。
研究随后利用[13C6]葡萄糖示踪技术，检测基础状态及胰岛素刺激下肾皮质丙酮酸氧化。普通饲料小鼠在基础状态下，PDH通量与柠檬酸合酶通量之比（VPDH/VCS）低于5%；HEC期间，该比值增加约10倍，丙酮酸氧化约占线粒体总氧化通量的20%。
HFD小鼠基础VPDH/VCS约为10%，但在HEC期间未进一步升高。与普通饲料小鼠相比，HFD小鼠在胰岛素刺激下的VPDH/VCS降低约50%。这说明高脂饮食导致肾皮质不能正常响应胰岛素对丙酮酸氧化的促进作用。
图1：高脂饮食诱导肾皮质胰岛素抵抗，并破坏胰岛素介导的丙酮酸氧化。（A）普通饲料组（RC）或高脂饮食组（HFD）小鼠喂养3周后，按每克组织计算的肾皮质质膜（PM）sn-1,2-二酰甘油含量，每组n=3。（B）肾皮质质膜PKCε转位，每组n=5。（C）肾皮质IRKT1160磷酸化，每组n=5。（D）肾皮质pIRKY1162与总IRK的免疫印迹分析。（E）pAKTS473与总AKT的比值，每组n=5。（F）pFOXO1S256与总FOXO1的比值，每组n=5。（G）pPDHS232、pPDHS293和pPDHS300与总PDH的比值，每组n=5。（H）隔夜禁食后的基础状态或隔夜禁食后进行高胰岛素-正常血糖钳夹（HEC）期间，肾皮质丙酮酸脱氢酶通量与柠檬酸合酶通量之比（VPDH/VCS）；RC基础组n=4，RC HEC组n=8，HFD基础组n=5，HFD HEC组n=6。每个数据点代表一个独立的生物学重复。A—G组间比较采用双尾Student’s t检验；H采用双因素方差分析，并使用Šídák多重比较检验分析简单行效应。数据以均值±标准误表示。
高脂饮食使肾糖生成不能被胰岛素有效抑制
为了研究肾皮质糖异生，研究团队应用Q-Flux方法测定两个主要糖异生反应的代谢通量，即磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（phosphoenolpyruvate carboxykinase，PEPCK）通量和丙酮酸羧化酶（pyruvate carboxylase，PC）通量。
在普通饲料小鼠肾皮质中，HEC期间PEPCK通量与异柠檬酸脱氢酶通量之比（VPEPCK/VIDH）下降约55%。但在HFD小鼠中，胰岛素未能抑制VPEPCK/VIDH。
同样，普通饲料小鼠接受胰岛素刺激后，肾皮质PC通量与异柠檬酸脱氢酶通量之比（VPC/VIDH）下降约50%；HFD小鼠的VPC/VIDH则未发生明显变化。相比之下，普通饲料和HFD小鼠的肝脏PEPCK及PC通量在HEC期间均能受到抑制。
高胰岛素状态下肾脏成为HFD小鼠EGP的主要来源
研究进一步采用“葡萄糖指纹”方法，将肝脏和肾皮质对全身EGP的贡献进行拆分。
在基础状态下，HFD并未改变肝脏和肾皮质对EGP的相对贡献。在两组小鼠中，肝脏约贡献全身葡萄糖生成的80%，肾皮质约贡献20%。
但在HEC期间，两组的器官贡献比例发生明显分化。在HFD小鼠中，肾皮质成为全身EGP的主要来源，贡献比例约为60%。与此同时，HFD小鼠HEC结束时的全身EGP约升高10倍。
绝对生成速率分析显示，两组小鼠基础状态下的肾糖生成相近；但在HEC期间，HFD小鼠肾糖异生升高超过6倍。普通饲料组和HFD组的肝糖生成均受到胰岛素抑制，提示高胰岛素状态下残留的异常EGP主要来自肾脏，而非肝脏。
过量肾糖生成分别来自甘油和线粒体底物
Q-Flux底物拆分分析显示，HFD小鼠肾皮质的甘油来源糖异生和线粒体碳源来源糖异生均明显升高，两者分别贡献约50%的肾糖生成。
在线粒体底物来源的糖异生中，丙酮酸是最主要的补充反应底物。甲基丙二酰辅酶A和谷氨酰胺的贡献比例分别约为13%和10%。在HEC期间，HFD使丙酮酸、甲基丙二酰辅酶A及谷氨酰胺来源的葡萄糖绝对生成速率均升高。
图2：高脂饮食引起持续性肾糖生成。（A）普通饲料组（RC）或高脂饮食组（HFD）小鼠喂养3周后，在基础实验或高胰岛素-正常血糖钳夹（HEC）实验期间，肾皮质磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶通量与异柠檬酸脱氢酶通量之比（VPEPCK/VIDH）；RC基础组n=7，RC HEC组n=8，HFD基础组n=9，HFD HEC组n=7。（B）基础状态或HEC期间肾皮质丙酮酸羧化酶通量与异柠檬酸脱氢酶通量之比（VPC/VIDH）；RC基础组n=7，RC HEC组n=6，HFD基础组n=9，HFD HEC组n=7。（C）基础状态下肝脏与肾脏对全身内源性葡萄糖生成的贡献比例；RC肝脏n=8，HFD肝脏n=7，RC肾脏n=8，HFD肾脏n=7。（D）HEC期间肝脏与肾脏对全身内源性葡萄糖生成的贡献比例；RC肝脏n=7，HFD肝脏n=6，RC肾脏n=7，HFD肾脏n=6。（E）基础和钳夹状态下的全身葡萄糖绝对生成速率，并叠加显示肝脏和肾脏的贡献；RC基础组和HEC组n=7，HFD基础组和HEC组n=6。（F）HEC期间肾糖生成的绝对速率；RC组n=7，HFD组n=6。（G）HEC期间线粒体来源碳底物所产生的肾糖生成速率（VMITO GNG）及甘油来源的肾糖生成速率（VGLYCEROL）；RC组n=7，HFD组n=6。（H）HFD小鼠在HEC期间，不同补充反应底物对线粒体糖异生碳源的贡献比例，每组n=7。A、B和G采用双因素方差分析及Šídák多重比较检验分析简单行效应；C、D和E采用双因素方差分析及Šídák多重比较检验分析列效应；F采用双尾Student’s t检验；H采用普通单因素方差分析及Tukey多重比较检验。数据以均值±标准误表示。
IRKT1150A敲入纠正肾皮质胰岛素抵抗
为直接验证肾皮质胰岛素抵抗是否由sn-1,2-DAG→PKCε→IRKT1160磷酸化通路驱动，研究使用IRKT1150A敲入小鼠。该模型将小鼠IRK催化环中的T1150残基突变为丙氨酸，因此不能被PKCε磷酸化。T1150对应人IRK的T1160位点。
实验设置包括普通饲料野生型小鼠、HFD野生型小鼠以及HFD喂养的IRKT1150A敲入小鼠。
HFD野生型小鼠的胰岛素刺激性IRK Y1162、AKT S473和FOXO1 S256磷酸化均下降。IRKT1150A敲入小鼠则未出现上述信号缺陷，其肾皮质胰岛素信号水平接近普通饲料组。
HFD野生型小鼠的胰岛素刺激性丙酮酸氧化明显受损，而IRKT1150A敲入小鼠的VPDH/VCS得到恢复。这些结果直接支持IRK T1160对应位点的抑制性磷酸化，是HFD诱导肾皮质胰岛素抵抗的重要机制。
IRKT1150A敲入不能纠正甘油来源的肾糖异生
在HEC结束时，HFD野生型小鼠和HFD喂养的IRKT1150A敲入小鼠均表现出全身EGP升高，肾皮质对全身EGP的贡献比例也均增加。
Q-Flux分析显示，线粒体来源碳底物驱动的肾糖异生在HFD野生型小鼠中升高，但在IRKT1150A敲入小鼠中恢复至接近正常水平。这说明纠正肾内胰岛素信号可以抑制异常的线粒体底物糖异生。
然而，甘油来源的肾糖异生在HFD野生型小鼠和IRKT1150A敲入小鼠中均持续升高。因此，即使肾皮质胰岛素信号得到恢复，肾糖生成的绝对速率仍然偏高。各组之间的肝糖生成没有显著差异。
这些结果表明，甘油来源糖异生并不是由肾内IRK T1160磷酸化或肾皮质胰岛素抵抗直接驱动，而更可能源于肾外甘油供给增加。
图3：IRKT1150A敲入可防止肾皮质胰岛素抵抗，但不能抑制甘油来源糖异生。（A）普通饲料喂养的野生型小鼠（RC）、高脂饮食喂养的野生型小鼠（HFD）或高脂饮食喂养的IRKT1150A敲入小鼠（T1150A+HFD）肾皮质pIRKY1162与总IRK的免疫印迹分析，每组n=4。（B）pAKTS473与总AKT的比值，每组n=4。（C）pFOXO1S256与总FOXO1的比值，每组n=4。（D）隔夜禁食后进行高胰岛素-正常血糖钳夹（HEC）期间，肾皮质丙酮酸脱氢酶通量与柠檬酸合酶通量之比（VPDH/VCS）；RC组n=8，HFD组n=11，T1150A+HFD组n=22。（E）HEC期间线粒体来源碳底物所产生的肾糖生成绝对速率（VMITO GNG），每组n=4。（F）HEC期间甘油来源的肾糖生成绝对速率（VGLYCEROL），每组n=4。A—F组间比较采用普通单因素方差分析及Tukey多重比较检验。数据以均值±标准误表示。
机制示意图总结
在胰岛素敏感状态下，胰岛素与受体结合后，IRK活化环中的Y1158和Y1162发生反式自磷酸化，激活IRK。下游AKT通过S473和T308位点磷酸化而被激活，随后促进PDH复合物去磷酸化，提高丙酮酸氧化。
AKT还可磷酸化FOXO1，促使其移出细胞核，从而抑制肾糖异生。与此同时，胰岛素抑制脂肪组织脂解，减少甘油向肾皮质输送，进一步降低肾糖生成。
在长期高脂饮食状态下，肾皮质质膜sn-1,2-DAG积聚并促进PKCε转位。PKCε磷酸化IRK活化环中的T1160位点，使胰岛素结合后IRK Y1158和Y1162的反式自磷酸化受阻，IRK活性下降。
这一过程导致AKT、FOXO1和PDH信号异常，表现为丙酮酸氧化受抑制、线粒体碳源驱动的肾糖异生持续存在。与此同时，外周脂肪组织过度脂解增加甘油供应，可独立于肾内胰岛素信号缺陷，进一步促进甘油来源的肾糖异生。
图4：肾皮质胰岛素抵抗的潜在分子机制和代谢缺陷。在胰岛素敏感状态下，胰岛素与其受体结合，通过IRK活化环内Y1158和Y1162残基的反式自磷酸化激活胰岛素受体激酶（IRK）。下游信号通过S473和T308位点磷酸化激活AKT，促进丙酮酸脱氢酶（PDH）复合物去磷酸化并提高丙酮酸氧化。AKT介导的FOXO1磷酸化促使其移出细胞核，从而降低肾糖异生。胰岛素还可抑制脂解，减少甘油向肾皮质输送，进一步促进糖异生下降，图中未显示这一过程。在长期高脂饮食状态下，质膜sn-1,2-二酰甘油积聚引起PKCε转位，PKCε进一步磷酸化IRK活化环中的T1160位点。随后，即使胰岛素与受体结合，Y1158和Y1162的反式自磷酸化及IRK活性仍会下降，导致丙酮酸氧化受抑制，并使线粒体来源碳底物驱动的肾糖异生持续存在。外周脂解过度还会增加甘油来源的肾糖异生，该过程独立于肾内胰岛素信号缺陷。
【贡献】★★★★★
本研究结合多种体内代谢流分析技术和高胰岛素-正常血糖钳夹实验，阐明了肾皮质线粒体氧化及糖异生的胰岛素调控机制，并揭示高脂饮食对这些代谢过程的影响。
正常小鼠隔夜禁食后，肾皮质几乎完全依赖线粒体脂肪酸氧化满足能量需求。胰岛素刺激可使丙酮酸氧化占线粒体总底物氧化的比例由不足5%提高至约20%，同时抑制肾皮质PEPCK和PC通量。
高脂饮食使肾皮质发生胰岛素抵抗，表现为IRK及其下游信号受损、胰岛素刺激的丙酮酸氧化下降，以及肾糖异生不能被充分抑制。在高胰岛素状态下，肾皮质成为异常全身EGP的主要来源。
IRKT1150A敲入可防止高脂饮食诱导的肾皮质胰岛素信号、丙酮酸氧化及线粒体来源糖异生异常，证明质膜sn-1,2-DAG→PKCε→IRKT1160磷酸化轴是肾皮质胰岛素抵抗的重要机制。
不过，IRKT1150A敲入不能纠正甘油来源的肾糖异生。这部分异常更可能由高脂饮食引起的白色脂肪组织脂解失调和甘油输送增加所驱动，而不是由肾内胰岛素抵抗本身造成。
因此，肥胖相关肾糖生成异常具有双重来源：肾内胰岛素抵抗促进线粒体底物来源的糖异生，肾外脂肪组织功能障碍则通过增加甘油供给，独立推动甘油来源的肾糖异生。该研究提示，要充分纠正胰岛素抵抗状态下的异常葡萄糖生成，可能需要同时关注肾脏胰岛素信号和脂肪组织脂解，但这些结论目前来自雄性小鼠实验，仍需在人类代谢研究中进一步验证。
免责声明：本公众号尊重并倡导保护知识产权，本文所引述观点、言论、图片及其他信息仅供参考和资讯传播之目的，希望能给读者带来科研的灵感。文章素材来源于Nature Communications官网原文编译，部分来源在线网站，如涉及版权，联系删除！
【中科院1区｜肝脏与胃肠病学TOP期刊】
【中科院1区｜Cell子刊】
【中科院1区｜材料学TOP期刊】
热门跟贴