糖原合酶激酶3(GSK3)介導(dǎo)的胰島素對(duì)糖原合酶2(GYS2)的抑制調(diào)節(jié)

周圣曜, 趙新軍, 2

(1. 伊犁師范大學(xué) 新疆凝聚態(tài)相變與微結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室， 伊寧 835000; 2. 伊犁師范大學(xué) 微納電傳感器技術(shù)與仿生器械實(shí)驗(yàn)室， 伊寧 835000)

1 引 言

代謝重編程被認(rèn)為是癌癥的標(biāo)志[1]，近來的研究發(fā)現(xiàn)[2-4]，在人類腫瘤細(xì)胞中存在異常的糖原含量，表明了異常的葡萄糖代謝. 在癌癥的發(fā)生發(fā)展途徑中，葡萄糖和谷氨酰胺代謝通過 MYC、P53、Ras 相關(guān)癌基因、LKB1-AMP激酶(AMPK)和PI3激酶(PI3K)在信號(hào)通路中的突變而重新編程，其中，致癌的Ras既可以通過增強(qiáng) GLUT1 蛋白的表達(dá)來刺激葡萄糖的攝取，又可以通過合成代謝途徑來利用葡萄糖[5,6]，因此，葡萄糖代謝異常已成為癌癥的重要標(biāo)志之一. 糖原是葡萄糖的分支聚合物，儲(chǔ)存在肌肉和肝臟中，在需要時(shí)用作能量供應(yīng)[7]. 糖原合酶(GS)是糖原合成中的限速酶[8]，在哺乳動(dòng)物中，有兩種亞型：由 GYS1 編碼的肌肉 GS 和由 GYS2 編碼的肝臟限制性同工型[8,9]. GYS1 在脂肪、心臟和肌肉中廣泛表達(dá)，而 GYS2 則主要在肝臟中表達(dá)[10,11]. 病理學(xué)研究表明[12]，GYS2 缺乏會(huì)導(dǎo)致糖原貯積病0型(GSD-0)并伴有葡萄糖耐量降低的癥狀. 肝臟在糖原代謝過程中，GYS2 被糖原合酶激酶3(GSK3) 磷酸化和抑制，激活 GSK3 可以促進(jìn) GYS2 磷酸化和失活，蛋白磷酸酶1(PP1)則催化 GYS2 去磷酸化并激活[13,14]. 在晝夜節(jié)律基因(CLOCK)的調(diào)控作用下，GYS2 的活性表現(xiàn)出磷酸化/去磷酸化晝夜節(jié)律的轉(zhuǎn)變，這樣，GYS2 的表達(dá)合成呈現(xiàn)出了晝夜節(jié)律性[15,16]. 以往的研究發(fā)現(xiàn)[17-19]，胰島素(Insulin)可以刺激 GSK3 磷酸化抑制其活性，通過依賴PI3K激酶的途徑，胰島素激活 AKT 激酶，經(jīng)過 AKT 的催化作用，促進(jìn)了 GSK3 磷酸化和失活[20]. 這樣，胰島素通過 GSK3 對(duì) GYS2 的活性進(jìn)行調(diào)節(jié)，有助于實(shí)現(xiàn)晝夜節(jié)律的肝糖原合成，從而成為 GYS2 激活表達(dá)、維持血糖在合理范圍內(nèi)的基礎(chǔ). 因此，CLOCK 基因的突變、以及胰島素合成異常將會(huì)導(dǎo)致 GYS2 活性的晝夜節(jié)律行為改變，進(jìn)而導(dǎo)致葡萄糖代謝紊亂，促進(jìn)肝癌(HCC)的發(fā)生發(fā)展. 最近 Kumagai 等人[21]通過基因組分析表明，癌細(xì)胞中的RHOA基因突變激活了PI3K-AKT-雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號(hào)傳導(dǎo)途徑，增加了游離脂肪酸的產(chǎn)生，促進(jìn)了腫瘤的進(jìn)展. mTOR 是一種進(jìn)化保守的 Ser/Thr 激酶，與多種生理過程和病理狀態(tài)有關(guān)，并且 mTOR 通過激活 S6K(p70 S6 激酶)，限制 GSK3 的活性，從而在一定程度上改變 GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變特性，影響糖原晝夜節(jié)律的合成，促使 HCC 細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖[22,23].

在癌細(xì)胞的生長(zhǎng)增殖過程中，P53 蛋白是最重要的癌變抑制因子之一[24]. 在響應(yīng)應(yīng)激信號(hào)過程中，P53 介導(dǎo)細(xì)胞對(duì) DNA 損傷、致癌性侵害做出反應(yīng)，引發(fā)細(xì)胞暫時(shí)的細(xì)胞周期停滯、永久性細(xì)胞衰老和凋亡性細(xì)胞死亡，以防受損或受壓的細(xì)胞繼續(xù)增殖. 在抑制癌細(xì)胞增殖過程中，P53 誘導(dǎo) MDM2 和 PTEN轉(zhuǎn)錄，MDM2 通過抑制 P53 的反式激活活性來抑制 P53 的功能[25]，而 PTEN 使 PIP3 去磷酸化以抑制 AKT 激活[26]. AKT 可以通過 MDM2 調(diào)節(jié) P53 的表達(dá)水平誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，即形成 AKT-MDM2-P53-PTEN 反饋回路，并且 MDM2 還可與 GYS2 直接結(jié)合，以抑制 P53 的泛素化[27]. 這樣 P53 通過抑制 AKT，還可以重塑癌細(xì)胞的糖原代謝與應(yīng)激代謝異常，從而有利于細(xì)胞癌變的抑制. 因此，在 HCC 進(jìn)展過程的微環(huán)境中，AKT 的激活表達(dá)，對(duì) GSK3 介導(dǎo)的胰島素調(diào)節(jié) GYS2 的表達(dá)合成，以及 P53 啟動(dòng)癌變抑制程序至關(guān)重要.

鑒于文獻(xiàn)[20,21,22,25,27]中新穎而重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以得出：通過 AKT 的調(diào)節(jié)作用，胰島素與 P53 可以實(shí)現(xiàn) GSK3 的調(diào)控，從而進(jìn)一步調(diào)節(jié) GYS2 磷酸化/去磷酸化的晝夜節(jié)律轉(zhuǎn)變特性. 糖原代謝的規(guī)律性不僅與晝夜節(jié)律的基因 (例如CLOCK 基因)密切相關(guān)，而且胰島素與 P53 也會(huì)在很大程度上調(diào)節(jié)糖原代謝的晝夜節(jié)律性. 一系列實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果已經(jīng)表明[5,28,29]，癌癥的發(fā)生發(fā)展與晝夜節(jié)律代謝紊亂之間存在聯(lián)系，深刻理解胰島素與 P53 如何改變 GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變的晝夜節(jié)律性，對(duì)于設(shè)計(jì)阻止 HCC 發(fā)生發(fā)展的治療方案是非常重要的. 實(shí)驗(yàn)的結(jié)果[25-27,30,31]確認(rèn)了胰島素與 P53 對(duì)糖原代謝的調(diào)節(jié)作用，但是對(duì)于胰島素與 P53 調(diào)節(jié)糖原代謝的物理機(jī)制，以及信號(hào)路徑卻沒有研究清楚. 之前的理論[32-35]在激活基因通路研究方面已經(jīng)取得了重要的成果，并定量揭示了腫瘤抑制的物理機(jī)理. 但是在 HCC 進(jìn)展過程的微環(huán)境中，胰島素與 P53如何通過調(diào)節(jié) GSK3，調(diào)控糖原代謝的作用機(jī)制仍然未知.

在本文中，將建立動(dòng)力學(xué)理論模型，研究在 HCC 進(jìn)展過程的微環(huán)境中， GSK3介導(dǎo)的胰島素與 P53對(duì)糖原代謝的調(diào)控作用. 分析胰島素激活 PI3K-AKT-mTOR 信號(hào)傳導(dǎo)途徑調(diào)控 GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變的晝夜節(jié)律性，以及 P53 通過 AKT-MDM2-P53-PTEN 信號(hào)通路，對(duì) GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變的晝夜節(jié)律性的調(diào)節(jié)特性. 進(jìn)一步深刻揭示 GSK3 介導(dǎo)的胰島素、P53調(diào)節(jié) GYS2 磷酸化/去磷酸化的轉(zhuǎn)變特性，為設(shè)計(jì)阻斷 HCC 發(fā)生發(fā)展的通路治療方案提供理論依據(jù).

2 理論模型

圖 1 胰島素、P53調(diào)節(jié) GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變通路的具體模型示意圖(模型圖中 b 圖為 a 圖中 PD 模塊部分).Fig.1 Schematic depiction of the model on insulin and P53 regulating the phosphorylation/dephosphorylation transition pathway of GYS2( Fig.b in the model diagram is the PD module of Fig.a).

GSK3 介導(dǎo)的胰島素、P53 調(diào)節(jié) GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變的模型如圖1所示. 在這里我們考慮：胰島素通過激活 PI3K-AKT-mTOR 信號(hào)途徑中的 AKT 抑制 GSK3，影響 GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變，以及 P53 誘導(dǎo) MDM2 和 PTEN 轉(zhuǎn)錄，MDM2 反抑制 P53，形成 AKT-MDM2-P53-PTEN 反饋回路[26,27]. MDM2 和 GYS2 直接結(jié)合抑制 GYS2 的表達(dá)，未與MDM2 結(jié)合的 GYS2(FGYS2) 活性呈現(xiàn)出晝夜節(jié)律的特性，CLOCK 基因通過調(diào)控晝夜節(jié)律mRNA(Circadian mRNA)和頻率蛋白質(zhì)(FRQ)的合成表達(dá)，調(diào)節(jié) FGYS2 磷酸化/去磷酸化，F(xiàn)GYS2 被 GSK3 磷酸化抑制其活性，而被 PP1 去磷酸化激活[14].

假定 MDM2 和 GYS2 的直接結(jié)合形成復(fù)合體 MMG 的反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)，晝夜節(jié)律 mRNA標(biāo)記為 Circadian mRNA(CmRNA). 基于 Hill 動(dòng)力學(xué)與 Michaelis-Menten 方程[36,37]，可以獲得各組分濃度隨時(shí)間演化的動(dòng)力學(xué)方程組為：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

[MGYS2]=k10[GYS2]

(10)

[FGYS2]=k11[GYS2]

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

以上方程組中，k10、k11為競(jìng)爭(zhēng)因子參數(shù)，為了符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果[18,20,21,22,25,27]，我們模型化k10=1/{1+exp[0.5(1-[MDM2]/[GYS2])]}，描述 MDM2 對(duì) GYS2 的結(jié)合能力，k11=1-k10，標(biāo)記未與 MDM2 結(jié)合的 GYS2 的分?jǐn)?shù). 與 MDM2 結(jié)合的 GYS2 標(biāo)記為 MGYS2，未與 MDM2 結(jié)合的 GYS2 標(biāo)記為 FGYS2. 描述 GYS2 的磷酸化狀態(tài)標(biāo)記為 FGYS2 的超磷酸化態(tài)(pGYS2)，GYS2 去磷酸化狀態(tài)為 FGYS2 低磷酸化態(tài)(dGYS2)，dGYS2 激活CmRNA. pGYS2 與 dGYS2 間的轉(zhuǎn)換，明確了 GYS2 磷酸化/去磷酸化的轉(zhuǎn)變特性. 方程組中 [FGYS2]=[pGYS2]+[dGYS2]，Hill 系數(shù)為n1=5、n2=3、n3=5.

生物系統(tǒng)具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，這使得合理的數(shù)學(xué)模型能夠在較大的參數(shù)范圍內(nèi)有效描述系統(tǒng)的特性，可以通過考察模型對(duì)參數(shù)變化的敏感性檢測(cè)參數(shù)(表1)設(shè)置的合理性，模型中微分方程組可以通過四階變步長(zhǎng)Runge-Kutta 方法求解.

3 結(jié)果與討論

胰島素在刺激糖原合成過程中，通過 PI3K 激酶激活 AKT，經(jīng)過 AKT催化抑制 GSK3 的活性[18]，進(jìn)而影響 GYS2 磷酸化/去磷酸化的轉(zhuǎn)變. 為了考察GSK3 介導(dǎo)的胰島素對(duì) GYS2 的抑制調(diào)節(jié)，可以首先考察 [AKT] 隨時(shí)間演化的動(dòng)力學(xué)特性.

圖2呈現(xiàn)了在不同胰島素濃度條件下，[AKT]

附1 模型中的參數(shù)取值

隨時(shí)間演變的動(dòng)力學(xué)關(guān)系. 從圖 2 可以看出，AKT 濃度隨時(shí)間的演化而逐漸增大，升高到了較大的穩(wěn)定值，這表明 AKT 被激活并達(dá)到一定的表達(dá)水平. 比較不同胰島素濃度時(shí)的 [AKT]，可以看出，隨著 [Insulin] 增大，[AKT] 隨時(shí)間演化的穩(wěn)定幅值變大(圖4a). 由此表明了胰島素在 PI3K-AKT-mTOR 信號(hào)傳導(dǎo)中的作用. 胰島素通過激活并提升 AKT 的表達(dá)水平上調(diào)，從而進(jìn)一步激活下游通路信號(hào). 在胰島素刺激糖原合成過程中，通過刺激 PI3K 激酶的途徑，胰島素激活 AKT，并且較大濃度的胰島素在很大程度上提升了 AKT 的表達(dá)水平，經(jīng)過 AKT 的催化作用，抑制 GSK3 激酶的活性[16-18].

圖 2 不同 [Insulin] 條件下，[AKT] 隨時(shí)間演變的動(dòng)力學(xué)關(guān)系.Fig.2 Temporal evolutions of the level of [AKT] at different [Insulin].

圖 3 不同[Insulin] 條件下，[GSK3] 隨時(shí)間演變的動(dòng)力學(xué)關(guān)系.Fig.3 Temporal evolutions of the level of [GSK3] at different [Insulin].

圖 3 顯示了不同 [Insulin] 條件下，[GSK3] 隨時(shí)間演變的動(dòng)力學(xué)關(guān)系. 從圖 3 可以看出，隨著時(shí)間的演化，[GSK3] 極快地升高到了最大值，然后持續(xù)短時(shí)間后急劇降低并趨于穩(wěn)定值不變. 由此表明，[GSK3] 隨時(shí)間演化的初始階段呈現(xiàn)了脈沖式的激活表達(dá)，進(jìn)而觸發(fā)增強(qiáng)了 GYS2 的磷酸化和抑制. 實(shí)驗(yàn)研究表明[17,18]， GYS2 被 GSK3 磷酸化和抑制，磷酸化的 GYS2 處于失活狀態(tài)，不利于糖原合成. 隨著 [Insulin] 增加，圖 3 也顯示了 [GSK3] 隨時(shí)間演化的幅值減小，由此表明了胰島素對(duì) GSK3 的抑制作用. 胰島素激活 AKT，較大濃度的胰島素會(huì)使得 AKT 的表達(dá)水平上調(diào)，由于 AKT 對(duì) GSK3 的抑制效應(yīng)，致使在較大胰島素濃度條件下，GSK3 呈現(xiàn)了較低的激活表達(dá)水平. 這樣會(huì)使得 GSK3 對(duì) GYS2 的磷酸化和抑制性減弱，促進(jìn)了 GYS2 去磷酸化并激活，有利于糖原合成. 另外，胰島素還通過 PI3K-AKT-mTOR-S6K 通路對(duì) GSK3 形成負(fù)反饋，抑制減弱 GSK3 的表達(dá)水平，刺激糖原合成. 由此可見，胰島素通過激活 PI3K-AKT-mTOR-S6K 信號(hào)通路，通過抑制 GSK3 調(diào)節(jié) GYS2 磷酸化/去磷酸化，進(jìn)而調(diào)控葡萄糖的代謝. 為了進(jìn)一步確定胰島素調(diào)節(jié) GYS2 磷酸化/去磷酸化效應(yīng)，可以考察不同胰島素濃度條件下，dGYS2 隨時(shí)間的演化特性.

圖 4 不同[Insulin] 條件下 [dGYS2]隨時(shí)間演變的動(dòng)力學(xué)關(guān)系.Fig.4 Temporal evolutions of the level of [dGYS2] at different [Insulin].

圖 4 呈現(xiàn)了在不同胰島素濃度條件下，dGYS2 濃度隨時(shí)間演變的動(dòng)力學(xué)關(guān)系. 從圖 4 可以看出，在胰島素濃度適當(dāng)?shù)臈l件下(50 nM)，[dGYS2] 顯示了較為穩(wěn)定的隨時(shí)間周期演化振蕩特性，穩(wěn)定振蕩周期約為 24 h，這與 Doi 等人的染色質(zhì)免疫沉淀分析測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致[16]. 由此表明，在一個(gè)晝夜周期中，GYS2 去磷酸化激活保持了很好的節(jié)奏感，調(diào)控著 GYS2 活性的晝夜節(jié)律表達(dá). 這樣，通過 GYS2 去磷酸化激活的晝夜節(jié)律性，調(diào)節(jié)肝糖原晝夜節(jié)律的合成. Doi 等人的實(shí)驗(yàn)表明[15]，CLOCK 基因通過調(diào)控 CmRNA 和 FRQ 的合成表達(dá)，在 GSK3 激酶和 PP1 激酶的作用下，調(diào)節(jié) GYS2 磷酸化/去磷酸化的晝夜節(jié)律性表達(dá)[14,16]. 在這里我們發(fā)現(xiàn)，在胰島素濃度適當(dāng)?shù)臈l件下，dGYS2 正常的周期演化振蕩特性被很好地保持，由此表明，適當(dāng)?shù)囊葝u素濃度，有助于 CLOCK 基因調(diào)節(jié) GYS2 磷酸化/去磷酸化的晝夜節(jié)律性表達(dá)，維持正常的糖原代謝. 在較低胰島素濃度條件下(1～50 nM)，隨著胰島素濃度降低，dGYS2 隨時(shí)間演變的周期性開始變大(圖4a)，進(jìn)一步降低胰島素濃度(～1nM)，dGYS2 隨時(shí)間演化的周期幾乎完全改變，并且振蕩規(guī)律演化為極短的脈沖式信號(hào)，振蕩幅度增加. 由此表明，在胰島素濃度太低的情況下，GYS2 去磷酸化激活的晝夜節(jié)律性會(huì)被改變，進(jìn)而改變了肝糖原晝夜節(jié)律的合成規(guī)律，導(dǎo)致肝臟內(nèi)糖原代謝周期異常；dGYS2 振蕩幅度增加則表明糖原代謝活性增強(qiáng)，出現(xiàn)血糖升高癥狀. 在較高胰島素濃度條件下(50～250 nM)，隨著胰島素濃度增大，如圖 4b 所示，dGYS2 隨時(shí)間改變的周期演化振蕩性開始改變，當(dāng)胰島素濃度較高時(shí)(～250 nM)，隨著時(shí)間演化，dGYS2 的周期振蕩性逐漸消失，周期性規(guī)律被完全改變，振幅降低. 由此表明，在胰島素濃度太大的情況下，GYS2 去磷酸化激活的晝夜節(jié)律性會(huì)被極大地改變，肝糖原晝夜節(jié)律的合成規(guī)律被破壞，進(jìn)而導(dǎo)致肝臟內(nèi)糖原代謝異常降低.

由于胰島素通過激活 PI3K-AKT-mTOR-S6K 信號(hào)通路，激活 AKT 抑制調(diào)節(jié) GSK3 的表達(dá)水平，GSK3 催化 GYS2 磷酸化，同時(shí)，PP1 促進(jìn) GYS2 去磷酸化，在 CLOCK 基因、FQR 蛋白以及適當(dāng)濃度胰島素的調(diào)節(jié)作用下，體系始終處在 GYS2 磷酸化/去磷酸化晝夜節(jié)律轉(zhuǎn)變的動(dòng)態(tài)平衡中，維持晝夜節(jié)律的糖原代謝. 然而，較少的胰島素不足以抑制 GSK3，這樣 GSK3 活性較大地增強(qiáng)，過多地促使 GYS2 磷酸化，導(dǎo)致糖原代謝異常. 較多的胰島素則會(huì)過量地抑制 GSK3，使得 GSK3 活性較大程度地降低，對(duì) GYS2 磷酸化的催化能力減弱，致使 PP1 催化的 dGYS2 不能被及時(shí)磷酸化，進(jìn)而導(dǎo)致糖原代謝紊亂.

Boroughs 等人的研究發(fā)現(xiàn)[1]，在糖原代謝存在異常時(shí)，P53 具有促進(jìn)代謝適應(yīng)的調(diào)控作用，通過 P53 調(diào)控，異常的代謝會(huì)被調(diào)節(jié)，幫助平衡糖酵解和磷酸化，并有助于細(xì)胞適應(yīng)和抵抗代謝應(yīng)激. 為了進(jìn)一步明確 P53 對(duì)糖原代謝異常的調(diào)節(jié)作用，可以考察在較低和較高胰島素濃度條件下，P53 對(duì) dGYS2 異常的晝夜節(jié)律性演變的調(diào)節(jié)恢復(fù)特性.

圖 5 [Insulin]=1 nM(a) 與[Insulin]=250 nM(b) 時(shí)，[dGYS2]隨時(shí)間演變的動(dòng)力學(xué)關(guān)系Fig.5 Temporal evolutions of the level of [dGYS2] for [Insulin]=1 nM(a) and [Insulin]=250 nM(b).

圖 5 呈現(xiàn)了在 [Insulin]=1 nM 與 [Insulin]=250 nM 時(shí)不同k5條件下，dGYS2 隨時(shí)間演變的動(dòng)力學(xué)關(guān)系.k5參數(shù)描述了 P53 的生成速率，較大的k5參數(shù)，表明了 P53 較快的生成速率，對(duì)應(yīng)著 P53 隨時(shí)間演化的較大的幅值與其較高的表達(dá)水平. 從圖 5 可以看出，通過改變k5參數(shù)，在較低(圖5a)和較高(圖5b)胰島素濃度條件下 dGYS2 異常的晝夜節(jié)律性，可以被調(diào)節(jié)恢復(fù). 由此表明，P53 對(duì)較低和較高胰島素濃度條件下 dGYS2 晝夜節(jié)律性的異常，有明顯的調(diào)節(jié)恢復(fù)作用，隨著 P53 的增多或降低，晝夜節(jié)律的周期性逐漸被還原. 這是由于，胰島素通過激活 PI3K-AKT-mTOR-S6K 信號(hào)通路，激活 AKT 抑制調(diào)節(jié) GSK3 的表達(dá)水平，P53 則會(huì)通過 AKT-MDM2-P53-PTEN 回路抑制 AKT，這樣，胰島素合成異常導(dǎo)致的 GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變的晝夜節(jié)律改變，可以通過激活 P53 的表達(dá)水平進(jìn)行合理地調(diào)節(jié)恢復(fù). 另外，在 P53 的作用下，會(huì)有較多的 MDM2 激活，MDM2 和 GYS2 的直接結(jié)合減少了 FGYS2 的表達(dá)水平，在一定程度上也調(diào)控了 GYS2 磷酸化/去磷酸化的表達(dá)水平和晝夜節(jié)律特性.

圖 6 不同 k5 條件下，[GSK3] 與 [FGYS2] 隨時(shí)間演變的動(dòng)力學(xué)關(guān)系.Fig. 6 Temporal evolutions of the levels of [GSK3] and [FGYS2] at different k5.

圖 6 顯示了不同k5參數(shù)條件下，[GSK3] 與 [FGYS2] 隨時(shí)間演變的動(dòng)力學(xué)關(guān)系. 從圖 6a 可以看出. 在一定的k5參數(shù)變化范圍內(nèi)，隨著 P53 表達(dá)水平的提升，[GSK3] 去磷酸化激活在一定程度上被增強(qiáng). 這意味著較高的 P53 表達(dá)水平，會(huì)減弱胰島素對(duì) GSK3 的抑制程度，使得 GSK3 活性增強(qiáng). 這是由于，通過 AKT-MDM2-P53-PTEN 回路，P53 抑制 AKT，減弱了胰島素對(duì) GSK3 的抑制. 此外，P53 較高的表達(dá)水平，會(huì)激活較多的 MDM2，這樣與 MDM2 結(jié)合的 GYS2 增多，減少了 FGYS2 的表達(dá)水平. 圖 6 還顯示了較大k5參數(shù)，對(duì)應(yīng)著較小的 [FGYS2] 隨時(shí)間演變的幅值. 由此表明了 P53 的增多，在一定程度上可以調(diào)低 FGYS2 的幅值水平，進(jìn)而影響改變 GYS2 的活性，以及磷酸化/去磷酸化的晝夜節(jié)律性. 這樣，P53 通過調(diào)控胰島素對(duì) GSK3 的抑制程度，以及 FGYS2 的表達(dá)水平，實(shí)現(xiàn)了調(diào)節(jié)恢復(fù) GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變的晝夜節(jié)律性，進(jìn)而調(diào)節(jié)恢復(fù)異常的糖原代謝，幫助細(xì)胞適應(yīng)和抵抗代謝異常應(yīng)激[38].

4 結(jié) 語

在本文中，基于Hill 動(dòng)力學(xué)與 Michaelis-Menten 方程，建立理論模型研究 HCC 進(jìn)展過程的微環(huán)境中，GSK3 介導(dǎo)的胰島素對(duì)糖原代謝的調(diào)節(jié)作用，以及 P53 調(diào)節(jié)恢復(fù)異常的糖原代謝. 分析了胰島素激活 PI3K-AKT-mTOR 信號(hào)傳導(dǎo)途徑，調(diào)節(jié) GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變的晝夜節(jié)律性，以及 P53 通過 AKT-MDM2-P53-PTEN 信號(hào)通路，對(duì) GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變的晝夜節(jié)律異常的調(diào)節(jié)恢復(fù)特性. 研究發(fā)現(xiàn)，胰島素通過激活并提升 AKT 的表達(dá)水平，經(jīng)過 AKT 的催化作用，GSK3 隨時(shí)間演化呈現(xiàn)了脈沖式的激活表達(dá)，進(jìn)而觸發(fā)增強(qiáng)了 GYS2 的磷酸化和抑制作用. 由此表明，胰島素通過激活 PI3K-AKT-mTOR-S6K 信號(hào)通路，在一定程度上調(diào)節(jié) GYS2 磷酸化/去磷酸化. 通過考察不同胰島素濃度條件下，dGYS2 隨時(shí)間的演化特性，我們發(fā)現(xiàn)，隨著胰島素濃度降低，dGYS2 隨時(shí)間演變的周期性改變. 由此表明，在胰島素濃度太低的情況下，GYS2 去磷酸化的激活的晝夜節(jié)律性會(huì)被改變，進(jìn)而改變了肝糖原晝夜節(jié)律的合成規(guī)律. 在較高胰島素濃度條件下，隨著胰島素濃度增大，dGYS2 隨時(shí)間演變的周期演化振蕩性會(huì)被極大地改變，肝糖原晝夜節(jié)律的合成規(guī)律被破壞. 通過考察在較低和較高胰島素濃度條件下，P53 對(duì) dGYS2 異常的晝夜節(jié)律性演變的調(diào)節(jié)恢復(fù)特性，我們發(fā)現(xiàn)在 P53 作用下，原本紊亂的 dGYS 隨時(shí)間的演化，隨著 P53 的增多或降低，晝夜節(jié)律的周期性逐漸被還原. 由此表明，P53 調(diào)節(jié)恢復(fù) GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變的晝夜節(jié)律性，進(jìn)而調(diào)節(jié)恢復(fù)異常的糖原代謝.

本文中只考慮胰島素與 P53 協(xié)同通過激活、抑制 AKT 調(diào)節(jié) GSK3 活性，從而改變糖原代謝特性. 事實(shí)上，胰島素還可以通過抑制GSK3刺激起始因子2B(eIF2B)的去磷酸化和激活，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成的速率改變[39,40]. GSK3 還催化真核蛋白合成 eIF2B 的磷酸化和抑制，從而抑制蛋白合成. 因此，胰島素在人類代謝調(diào)節(jié)中的生物功能仍需要進(jìn)一步研究[41]. 本文考慮胰島素激活PI3K-AKT-mTOR 信號(hào)傳導(dǎo)途徑，調(diào)節(jié) GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變的晝夜節(jié)律性，以及 P53 通過 AKT-MDM2-P53-PTEN 信號(hào)通路，調(diào)節(jié)恢復(fù) GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變的晝夜節(jié)律性，進(jìn)而調(diào)節(jié)糖原代謝. 理論結(jié)果符合實(shí)驗(yàn)[18,20-22,25]，進(jìn)一步揭示了 GSK3 介導(dǎo)的胰島素調(diào)節(jié) GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變的晝夜節(jié)律性的調(diào)節(jié)機(jī)理，以及 P53 對(duì) GYS2 磷酸化/去磷酸化轉(zhuǎn)變異常的調(diào)節(jié)恢復(fù)特性，可為設(shè)計(jì)阻斷 HCC 發(fā)生發(fā)展的通路治療方案提供理論依據(jù).