氨基酸代谢紊乱与2型糖尿病的发生密切相关。多个大规模代谢组学研究已发现，血浆中支链氨基酸（BCAAs）、芳香族氨基酸（AAAs）以及赖氨酸、丙氨酸、谷氨酸等水平升高与2型糖尿病风险显著相关。然而，氨基酸如何具体调控糖代谢，尤其是其代谢产物如何通过表观遗传机制影响肝脏糖异生，目前尚不清楚。此外，组蛋白酰化（如乙酰化、巴豆酰化）作为连接代谢与基因表达的重要方式，近年来受到广泛关注，但其在氨基酸代谢与糖稳态中的作用仍需深入探索。

图1.技术路线图

CBP和p300作为组蛋白乙酰转移酶和转录共激活因子，对代谢稳态至关重要，其基因单核苷酸多态性（SNPs）可能影响蛋白功能和表达，进而改变代谢通路及疾病易感性。在4C（中国心脏代谢与癌症队列）队列研究中，共检测到CREBBP（编码CBP） 基因座内78个SNPs和EP300（编码p300）基因座内36个SNPs，基因关联分析显示，23个特定 CREBBP SNPs与包括支链氨基酸（BCAAs）和芳香族氨基酸（AAAs）在内的多种循环氨基酸水平显著相关，14个EP300 SNPs也与循环氨基酸谱密切相关；同时，CREBBP/EP300基因的遗传变异还与葡萄糖稳态的关键临床指标相关，这些结果提示 CBP/p300可能在连接氨基酸代谢与葡萄糖稳态中发挥作用。

图2.CREBBP/EP300 SNPs与循环氨基酸水平的关系

鉴于肝脏在调控氨基酸和葡萄糖代谢中的核心作用，构建了多种肝脏特异性CBP/p300敲除小鼠品系，验证肝脏中Crebbp和Ep300的敲除效果。其中，CBP/p300^LivDKO （Crebbp/EP300双敲除）小鼠空腹血糖水平显著降低，而其他敲除品系与野生型（WT）小鼠无差异；同时，仅CBP/p300^LivDKO 小鼠血浆总氨基酸水平较WT小鼠明显升高，血浆甘油三酯（TG）、非酯化脂肪酸（NEFAs）和总胆固醇（TC）在各组间无显著变化，这一结果证实了CBP和p300在葡萄糖和氨基酸稳态调节中的冗余功能。

代谢组学分析显示，WT和CBP/p300^LivDKO小鼠血浆代谢特征存在明显差异，在189种已鉴定的代谢物中，差异表达代谢物主要归类为有机酸和氨基酸，通路富集分析显示改变的代谢物主要与氨基酸代谢通路相关，综合单变量和多变量统计方法筛选出81个潜在生物标志物，其中包括31种氨基酸及其衍生物，20种基本氨基酸中有17种在敲除小鼠血浆中显著升高，表明肝脏CBP/p300对维持全身氨基酸稳态至关重要。

图3.肝脏Crebbp和Ep300双基因敲除小鼠血浆氨基酸水平升高

为明确血浆氨基酸谱改变是否由肝脏氨基酸代谢紊乱引起，对WT和CBP/p300^LivDKO小鼠肝脏进行代谢组学分析，共鉴定出213种代谢物，CBP/p300基因敲除导致肝脏中色氨酸、鸟氨酸等水平升高，支链酮酸（BCKAs，BCAA代谢副产物）增加但BCAA浓度与WT小鼠相当。RNA测序结果显示，CBP/p300^LivDKO小鼠肝脏中有2877个上调基因和1559个下调基因，其中多种氨基酸代谢相关基因下调，包括氨基酸分解代谢基因和氨基酸转运体基因，但关键糖异生基因Pck1和G6pc表达未受影响。

图4. CBP/p300^LivDKO小鼠肝脏氨基酸代谢重编程

进一步探究肝脏氨基酸代谢紊乱的原因，在15种生糖氨基酸中，丙氨酸和谷氨酰胺在糖异生中起主导作用，因此对禁食小鼠进行丙氨酸耐受试验（ATT）和谷氨酰胺耐受试验（QTT），结果显示，腹腔注射丙氨酸或谷氨酰胺可显著升高 WT 小鼠血糖水平，但对CBP/p300^LivDKO小鼠无明显影响；原代肝细胞糖异生实验进一步证实，CBP/p300缺陷小鼠的肝细胞利用丙氨酸和谷氨酰胺生成葡萄糖的效率较WT小鼠显著降低，且伴随多种氨基酸分解代谢基因的mRNA和蛋白水平下调。进一步验证CBP/p300对肝脏氨基酸驱动糖异生的必要性，向Crebbp^flox/flox/Ep300^flox/flox小鼠注射肝脏特异性启动子驱动的Cre重组酶腺相关病毒（AAV-CRE），3周后检测发现，AAV-CRE小鼠肝脏中CBP/p300表达缺失，且与CBP/p300^LivDKO小鼠结果一致，腹腔注射丙氨酸或谷氨酰胺后，AAV-CRE小鼠血糖水平仍维持在较低水平，其肝细胞的氨基酸驱动糖异生能力也显著受损，同时氨基酸代谢基因的mRNA和蛋白水平降低。

图5.CBP/p300^LivDKO小鼠氨基酸驱动的糖异生严重受损

CBP/p300可利用多种酰基辅酶A进行组蛋白酰化，而氨基酸分解代谢会产生乙酰辅酶A、巴豆酰辅酶A 等多种酰基辅酶A，为CBP/p300介导的组蛋白修饰提供底物，进而调控基因表达。Western blot分析显示，CBP/p300^LivDKO小鼠肝脏中，组蛋白 H2BK12Ac、H3K27Ac和H2BK12Cr水平较WT小鼠显著降低，此外，CUT&Tag分析也显示，CBP/p300缺失导致H2BK12Cr、H3K27Ac和H2BK12Ac在多个氨基酸代谢基因启动子区富集程度下降，表明CBP/p300通过组蛋白修饰在连接氨基酸代谢与基因表达中发挥关键作用。

图6. 组蛋白酰化在调节氨基酸代谢基因表达方面起协同作用

赖氨酸降解产生的2-AAA（糖尿病生物标志物2-氨基己二酸）可在戊二酰辅酶A脱氢酶（GCDH）催化下转化为巴豆酰辅酶A，为组蛋白巴豆酰化修饰提供底物。在原代小鼠肝细胞中加入100μM 2-AAA 处理，发现2-AAA可显著增强由丙氨酸、谷氨酰胺和乳酸/丙酮酸驱动的糖异生，同时显著上调 Gcdh、Prodh和Pck1的表达，且Prodh和Pck1启动子区域的H2BK12Cr水平明显升高。而Gcdh敲低显著抑制由丙氨酸、谷氨酰胺和乳酸/丙酮酸介导的肝脏糖异生，同时降低Prodh和Pck1基因的表达；Gcdh沉默的肝细胞中Prodh和Pck1启动子区域的H2BK12Ac水平显著降低；过表达Gcdh，可部分恢复由丙氨酸和谷氨酰胺驱动的糖异生能力。

图7.2-AAA/GCDH/H2BK12Cr轴正向调控肝脏氨基酸代谢基因的表达

在糖尿病小鼠中，肝脏CBP/p300敲低显著降低丙氨酸和谷氨酸诱导的血糖升高，抑制氨基酸代谢相关基因表达，并减少H2BK12Cr在关键基因启动子区域的富集，进一步论证了CBP/p300是糖尿病状态下氨基酸驱动糖异生的关键调控因子。

图8.糖尿病小鼠肝脏氨基酸代谢上调

本研究揭示了CBP/p300通过组蛋白巴豆酰化调控氨基酸代谢驱动糖异生的新机制。在肝脏中，CBP/p300缺失导致氨基酸代谢基因表达下调、血浆氨基酸积累、糖异生受损，而2-AAA/GCDH轴通过增强组蛋白巴豆酰化正向调控该过程。在糖尿病模型中，靶向抑制肝脏CBP/p300可有效改善高血糖，为2型糖尿病的干预提供了新的潜在靶点。

参考文献

Hepatic CBP/p300 Orchestrate Amino Acid-Driven Gluconeogenesis through Histone Crotonylation. Advanced Science. 2025