持续运动对多种慢性疾病的患者都颇有益处，包括II型糖尿病、心脑血管疾病以及代谢类疾病等。然而，运动系统性改善机体代谢状态的分子机制还不甚清晰，其理论证据较为薄弱。
来自美国西北大学的研究团队在Cell Metabolism杂志上发表相关研究成果[1]，揭示了肝脏自噬激活在运动诱导代谢获益中的关键作用。具体来说，运动促进了骨骼肌-肝脏互作的机制桥梁，为肥胖和糖尿病等慢性代谢疾病提供了新的治疗靶点。
作为国自然热点中的第三名，「自噬」热度一直居高不下，中标体量庞大，也是研究很好的切入点。这篇Cell Metabolism上的新研究，整个研究思路清晰，制图精美，非常值得参考！一起来学习一下吧。
一、研究内容与思路
1、肝脏自噬激活对于运动诱导的代谢获益至关重要
为了探究肝脏自噬在运动获益中的可能功能，研究者构建了自噬基因ATG7以及ATG7Δliver小鼠模型（可均匀抑制肝脏自噬）。在正常饮食喂养下，ATG7Δliver小鼠与对照组无明显差异。但在高脂饮食（HFD）喂养+每日跑步机有氧运动后，对照小鼠葡萄糖耐受、胰岛素敏感性和肝脏胰岛素信号得到显著改善，而ATG7Δliver小鼠仅出现葡萄糖耐量和胰岛素耐量的部分改善。上述结果表明，运动改善胰岛素敏感性的作用被抑制，因此肝脏自噬对运动诱导的代谢获益很重要。
研究思路：肝脏与代谢息息相关。研究者从肝脏自噬出发，探究了肝脏自噬与运动代谢之间的关系。其中，研究者通过调节饮食来影响代谢，从而开展探究。
2、运动诱导骨骼肌分泌FN1促进自噬
研究者构建了稳定表达自噬体标记物GFP-LC3报告基因的HeLa细胞，发现运动小鼠的血清/血浆可以激活肝脏的自噬，且是以非细胞自主的方式。鉴于对照小鼠血清胰岛素水平得到改善，研究者猜测运动后是否会降低胰岛素水平且胰岛素信号通路会抑制自噬，但研究发现，即便人为给予过量的胰岛素，运动小鼠的血清仍能诱导肝脏自噬。此外，运动能在骨骼肌中激活AMPK（能量代谢的主要调节因子和自噬诱导剂），但肝脏中不会激活。基于此，研究者推测，运动可能诱导了其它循环因子激活肝脏自噬。
为了明确发挥影响的循环因子，研究者对WT小鼠运动前后血清进行了蛋白质组学分析，并确定了候选循环因子FN1。结果发现，有氧运动后小鼠血浆FN1水平升高，但运动后肌肉或肝脏的FN1转录没有显著增加。因此，研究者推测，运动后血浆FN1的升高来源于骨骼肌的快速分泌而非转录表达并开展验证。接着，研究者加入AMPK激活剂，发现已分化成肌管的肌细胞分泌FN1，而肝细胞以及未分化的肌细胞未出现此情况。这提示，AMPK可能调控血液中FN1来激活细胞自噬，而运动可能会激活肌肉中的AMPK。
研究思路：明确了肝脏自噬影响运动诱导的代谢后，那么运动是否会影响肝脏自噬？对此，研究者构建了抑制自噬的动物模型，探讨运动对肝脏自噬的影响，以及二者之间发挥影响的联系。
3、收缩肌肉分泌的FN1介导运动诱导的肝自噬和全身胰岛素致敏
为进一步确认运动诱导骨骼肌分泌FN1从而激活肝脏自噬，研究者构建骨骼肌特异性FN1敲除（FN1Δmuscle）小鼠，发现：FN1被敲除后，运动激活的肝脏自噬受到显著抑制，但肌肉自噬未受影响；且在运动期间，骨骼肌确实分泌了FN1。这些结果提示，运动能通过促进骨骼肌分泌的FN1，激活肝脏自噬。
接下来，研究者探究了骨骼肌分泌的FN1在运动获益中所发挥的作用，对FN1Δmuscle组和对照组小鼠进行10周HFD喂养和运动训练，发现运动改善了对照小鼠的糖耐量、胰岛素耐量和骨骼肌、肝脏中的胰岛素信号，但在FN1Δmuscle小鼠中则未观察到如此显著的改善。这些结果表明，骨骼肌分泌的FN1对肝脏中运动诱导的胰岛素敏感性很重要。总的来说，运动诱导的骨骼肌分泌的FN1非细胞自主地上调了非收缩性组织肝脏中的自噬活性和胰岛素敏感性。
研究思路：使用蛋白质组学发现FN1后，研究者需要进一步开展实验来验证FN1是否是会影响肝脏自噬以及影响运动诱导的代谢。
4、肌肉分泌的FN1通过α5β1整合素-IKKα/β-JNK1途径激活肝脏自噬
整合素家族成员α5β1整合素是FN1的特异性受体，但其在调节细胞和全身代谢中的作用尚不清楚。于是，研究者探索了整合素是否在运动诱导的自噬中发挥作用，发现整合素显著抑制了运动小鼠血清激活的自噬通量，提示α5β1整合素参与运动诱导的自噬。
IkB激酶复合物（IKK）被认为是整合素下游的关键信号分子，IKK的激活会导致JNK1/2的磷酸化，诱导自噬。对此，研究者发现，运动小鼠的血清能够激活HeLa细胞中IKK和JNK1以及经典的FN1整合素信号分子，表明运动确实能够激活α5β1整合素介导的信号转导。进一步发现，运动能够增加对照小鼠而非FN1Δmuscle小鼠肝脏中的IKK、JNK1。JNK1（而不是JNK2）通过磷酸化BCL2并从磷酸化的BCL2中释放BECN70进行自噬激活来调节必需自噬蛋白BECN1与其抑制剂BCL2之间的可逆结合。而作者前期的研究发现，运动诱导小鼠骨骼肌中BECN1从BCL2上的解离，从而促进骨骼肌自噬，基于此，作者在对照小鼠中发现肝脏中BCL2被磷酸化，BECN1从磷酸化BCL2中释放，降低BECN1-BCL2结合从而激活自噬，而这些现象在FN1Δmuscle小鼠中没有出现。
综上所述，运动诱导骨骼肌分泌FN1，进而激活α5β1整合素-IKKα/β-JNK1，促进肝脏BECN1-BCL2解离，从而激活肝脏自噬。
研究思路：明确了FN1的重要地位后，进一步探究FN1是如何发挥作用的。基于此，研究者继续探索骨骼肌分泌的FN1肝脏自噬的分子机制。
5、肝脏α5整合素对于运动诱导的IKK-JNK1-BECN1激活、肝脏自噬和全身代谢获益至关重要
研究者进一步探索了肝脏α5β1整合素信号通路在运动激活自噬及代谢获益的功能，构建了α5整合素ITGA5亚基肝脏特异性敲除的小鼠（ITGA5Δliver）。结果发现，肝脏中ITGA5缺失阻断了运动激活的自噬，同时肝脏中IKK、JNK1的激活和BECN1-BCL2的解离均明显降低。在正常饮食或HFD干预后，对照小鼠及ITGA5Δliver小鼠体重增量及胰岛素敏感性无明显差异；但在HFD干预+运动后，对照小鼠表现出明显的运动获益，包括糖耐量改善和胰岛素耐量显著改善、肝脏胰岛素信号传导增加，而ITGA5Δliver糖耐量和胰岛素耐量部分改善，小鼠肝脏胰岛素信号传导增加，表明肝脏ITGA5敲除削弱了运动诱导的代谢获益。
综上所述，肝脏α5整合素对运动诱导的IKK-JNK1-BECN1激活、肝脏自噬和全身代谢获益至关重要。
研究思路：在第四部分的时候，这个实验基本已经做完了。但作者进一步探索了α5β1整合素信号通路在运动激活自噬及代谢获益的功能，来判断到底所挖掘的通路是不是主通路，还是说存在着别的影响分支。
二、小结
本研究发现，运动诱导骨骼肌分泌的纤维连接蛋白FN1对肝脏的自噬激活及全身代谢获益是至关重要的。通过肝脏受体α5β1整合素，FN1能激活下游的IKK -JNK1-BECN1通路，激活肝脏自噬，改善胰岛素敏感性。
首先，研究者发现了运动与代谢之间的调节关系有待进一步明确，而肝脏与代谢又息息相关。对此，研究者挖掘了肝脏自噬与运动之间的关系——采用蛋白质组学发现FN1，层层挖掘发现α5β1整合素以及其下游通路IKK -JNK1-BECN1，采用对应的基因敲除小鼠来开展探索，并验证了猜想。
整个实验内容完善，且容易复刻，加上较强的创新性以及实用性，升华了文章层次。
参考文献：
[1] Kuramoto K,Liang H, Hong JH, He C. Exercise-activated hepatic autophagy via the FN1-α5β1integrin pathway drives metabolic benefits of exercise. Cell Metab.2023;35(4):620-632.e5. doi:10.1016/j.cmet.2023.01.011
撰写：MIE