胰岛素抵抗是指各种原因使胰岛素促进葡萄糖摄取和利用效率下降的现象，胰岛素抵抗易导致代谢综合征和2型糖尿病。异常线粒体DNA甲基化与多种疾病有关，并且经常发生在疾病的早期阶段。
近日，西安交通大学刘健康老师课题组在期刊Advanced Science（IF 16.801）发表了研究成果“Hypermethylation of Hepatic Mitochondrial ND6 Provokes Systemic Insulin Resistance”，该研究运用多组学方法深入解析了线粒体DNA甲基化和胰岛素抵抗之间的关联，证实了ND6表观遗传网络在调节线粒体功能和胰岛素抵抗发病中的关键作用。其中，安诺优达为本研究提供了转录组测序服务。
研究内容
在13个线粒体DNA（mtDNA）编码基因中，NADH-脱氢酶6（ND6）的表达在肥胖和2型糖尿病人群中降低，与其高甲基化呈现负相关。
在胰岛素抵抗小鼠模型中，ND6是mtDNA中甲基化修饰水平最高的基因，游离脂肪酸通过激活AMPK促进的DNA甲基转移酶1（DNMT1）的线粒体易位，进而使得ND6甲基化水平显著增加。
本研究证实了ND6表观遗传网络在调节线粒体功能和胰岛素抵抗发病中的关键作用，从线粒体表观遗传的角度阐明了胰岛素抵抗和相关代谢紊乱的潜在预防和治疗策略。
研究方法
ND6在肥胖者中表达量降低：qPCR
ND6在肥胖者中甲基化水平提高：甲基化特异性PCR
ND6是胰岛素抵抗小鼠模型中甲基化水平最高的线粒体基因：WGBS
ND6敲降效果&引起的差异基因变化和胰岛素转导途径关联：RNA-Seq
DNMT1过表达后，DNMT1与ND6结合增强：MtDIP（mtDNA免疫沉淀）
研究结果
通过分析GTEx数据库在线数据、T2DM队列临床样本等信息，确认人外周血白细胞ND6甲基化与临床胰岛素抵抗状态呈正相关。
通过全基因组亚硫酸氢盐测序（WGBS）检测胰岛素抵抗小鼠模型中甲基化修饰，确认ND6是胰岛素抵抗小鼠肝脏mtDNA甲基化的主要靶点。
通过敲降细胞系&胰岛素抵抗小鼠模型中的ND6基因，证实了ND6在胰岛素抵抗中的调节作用。为了确保ND6敲降的效果，通过RNA-Seq进行相关鉴定，其中差异表达基因与胰岛素相关的转导途径强关联。
通过亚细胞定位、mtDNA免疫沉淀、小鼠模型验证明确了线粒体DNA甲基转移酶1（DNMT1）促进肝脏ND6高甲基化，这在线粒体功能障碍相关的肝胰岛素抵抗中有重要的作用，而胰岛素相关的调节网络没有直接变化。
通过抑制/激活相关通路明确了游离脂肪酸通过激活AMPK促进DNMT1向线粒体转移。
抑制DNMT1可恢复胰岛素抵抗小鼠的ND6表达并改善胰岛素敏感性，但未能改善HFD诱导的空腹胰岛素升高，表明DNMT1主要参与胰岛素敏感性调节。在胰岛素抵抗小鼠中进行甲基化抑制剂治疗，结果显示ND6甲基化在胰岛素抵抗发病中有关键作用，因此，靶向其表观遗传网络治疗胰岛素抵抗和2型糖尿病是可行的。
总结
本文通过一系列研究证实了高ND6甲基化修饰可能是对于2型糖尿病具有预测和诊断价值的生物标志物。ND6甲基化在胰岛素抵抗发病中起着关键作用，将ND6表观遗传网络作为靶点进行胰岛素抵抗和2型糖尿病治疗有着良好的应用前景。
参考文献
[1] Cao K , Lv W , Wang X , et al. Hypermethylation of Hepatic Mitochondrial ND6 Provokes Systemic Insulin Resistance[J]. Advanced Science, 2021.