葡萄糖激酶调节蛋白；GCKR
GKRP
HGNC 批准的基因符号：GCKR
细胞遗传学定位：2p23.3 基因组坐标（GRCh38）：2:27,496,839-27,523,684（来自 NCBI）
▼ 克隆与表达
葡萄糖激酶（GCK；138079）在肝脏和胰腺β细胞中受到调节蛋白GCKR的抑制。GCKR的抑制作用依赖于6-磷酸果糖（F6P）的存在，并被1-磷酸果糖（F1P）拮抗。Warner等人（1995）指出，如果GCKR突变导致蛋白质合成抑制活性增加，则可能会导致糖尿病，这可能反映了对6-磷酸果糖的敏感性增加或对1-磷酸果糖拮抗作用的敏感性降低。Warner et al.（1995）确定了人类GCKR cDNA的完整序列。GCKR cDNA 编码 625 个氨基酸的蛋白质。鉴于葡萄糖激酶在青少年发病型糖尿病（MODY）II 型（125851）中的作用，GCKR 被认为是一种 MODY 的候选基因。
▼ 基因结构
Hayward et al.（1998）确定GCKR基因包含19个外显子，跨度为27 kb。
▼ 测绘
Warner等人（1995）分离出含有人GCKR的YAC克隆，并通过荧光原位杂交将其定位于染色体2p23。Vaxillaire等人（1994）先前已将GCKR基因分配给染色体2p23-p22.3。
Hayward et al.（1996）证明GCKR基因位于酮己糖激酶（KHK；KHK；KHK）编码基因的500 kb范围内。614058）。通过高分辨率荧光原位杂交，他们将 GCKR 基因定位到染色体 2p23.3-p23.2。
▼ 分子遗传学
常见的GCKR变体（P446L；rs1260326; 600842.0001）与甘油三酯和空腹血糖水平相关（FGQTL5; 613463）在一般人群中。在使用野生型和 P446L-GKRP 的一系列转染实验中，Beer 等人（2009）报道，在 P446L-GKRP 存在的情况下，F6P 生理浓度的调节减少，间接导致 GCK 活性增加。与 GKRP 活性匹配的测定表明，GCK 活性的剂量依赖性抑制或 F1P 介导的调节没有差异。定量RT-PCR分析表明，GCKR在人肝脏中相对于GCK高表达，而在人胰岛中相对于GCK表达非常低。作者指出，肝脏中 GCK 调节的改变预计会增强糖酵解通量，促进肝脏葡萄糖代谢并提高丙二酰辅酶 A（从头脂肪生成的底物）的浓度。Beer et al.（2009）提出这是 leu446 等位基因与甘油三酯升高和葡萄糖水平降低相关的突变机制。
Suhre et al.（2011）报道了使用非靶向代谢组学的 GWAS 对基因型依赖性代谢表型进行的综合分析。他们鉴定了 37 个与血液代谢物浓度相关的基因位点，其中 25 个基因位点的效应大小对于 GWAS 而言异常高，并且导致每个等位基因拷贝的代谢物水平存在 10% 至 60% 的差异。这些关联为之前研究中报道的许多疾病相关关联提供了新的功能见解，包括心血管和肾脏疾病、2型糖尿病、癌症、痛风、静脉血栓栓塞和克罗恩病。Suhre et al.（2011）鉴定出GCKR基因中的rs780094与葡萄糖/甘露糖比率相关，p值为5.5 x 10（-53）。
Goodman 等人（2020）通过体内应用短乳杆菌 NOX（一种细菌生成水的 NADH 氧化酶）和代谢组学，确定循环 α-羟基丁酸水平是肝细胞质 NADH/NAD+ 比率升高或还原应激的有力标志物，在小鼠中。作者指出，人类循环 α-羟基丁酸水平升高与糖耐量受损、胰岛素抵抗和线粒体疾病相关，并且与 GCKR 中常见的遗传变异 rs1260326 相关，该变异与不同的代谢特征相关。Goodman 等人（2020）利用短乳杆菌 NOX 证明，NADH 还原应激介导了 GCKR 变异对许多代谢特征的影响，包括循环甘油三酯水平、葡萄糖耐量和 FGF21 水平。他们得出的结论是，肝脏 NADH/NAD+ 比率升高是一个潜在的代谢参数，由人类遗传变异决定，并与关键代谢特征和疾病有关。
▼ 生化特征
禁食期间，GKRP 与细胞核中的 GCK 结合、失活和隔离，从而将 GCK 从糖异生过程中去除，并防止葡萄糖磷酸化的无效循环。直接过度激活GCK（GCK激活剂）的化合物可以降低血糖水平，但可能会增加低血糖的风险。为了降低低血糖的风险，Lloyd 等人（2013）试图通过阻断 GKRP 来增加 GCK 活性，并描述了 2 种有效的小分子 GCK-GKRP 干扰剂（AMG-1694 和 AMG-3969）的鉴定，使血糖水平正常化在几种糖尿病啮齿动物模型中。这些化合物有效逆转 GKRP 对 GCK 活性的抑制作用，并在体外和体内促进 GCK 易位。全长人 GKRP 与 AMG-1694 复合物的共晶结构揭示了 GKRP 中的一个与磷酸果糖结合位点不同的结合袋。此外，使用 AMG-1694 和 AMG-3969（但不包括 GCK 激活剂），血糖降低仅限于糖尿病动物，而非血糖正常的动物。
▼ 动物模型
为了进一步了解葡萄糖激酶调节蛋白（GKRP）的作用，Farrelly等人（1999）灭活了小鼠的同系物。随着小鼠基因的敲除，突变小鼠肝脏中的葡萄糖激酶蛋白和活性也同时丧失。这种损失主要是由于葡萄糖激酶的转录后调节，表明 GKRP 在维持葡萄糖激酶水平和活性方面具有积极的调节作用。与大鼠肝细胞一样，葡萄糖激酶和 GKRP 均定位于在低葡萄糖培养基中培养的小鼠肝细胞的细胞核中。在存在果糖或高浓度葡萄糖（已知可在体外缓解 GKRP 葡萄糖激酶抑制的条件）的情况下，只有葡萄糖激酶易位到细胞质中。在 GKRP 突变型肝细胞中，在任何测试条件下，细胞核中均未发现葡萄糖激酶。Farrelly等人（1999）提出GKRP作为锚定物发挥作用，隔离并抑制肝细胞核中的葡萄糖激酶，从而防止其降解。这确保了当肝脏处于禁食、产生葡萄糖的阶段时，葡萄糖磷酸化是最小的。这也使得肝细胞在摄入膳食葡萄糖后能够快速动员葡萄糖激酶进入细胞质以磷酸化并储存或代谢葡萄糖。在 GKRP 突变小鼠中，这种调节的破坏以及随后 GK 活性的降低导致葡萄糖代谢改变和血糖控制受损。
Grimsby 等人（2000）发现野生型和 Gckr 缺失小鼠在生理葡萄糖浓度下具有相当的葡萄糖激酶活性。然而，在葡萄糖耐量测试后，纯合基因敲除小鼠表现出葡萄糖清除受损，表明它们由于缺乏核储备而无法募集足够的葡萄糖激酶。
▼ 等位基因变异体（1个精选示例）：
.0001 空腹血浆葡萄糖水平定量性状基因座 5
GCKR、PRO446LEU（rs1260326）
Beer et al.（2009）指出，GCKR基因中的1403C-T转换（rs1260326）导致葡萄糖激酶调节蛋白中的保守残基处由pro446替换为leu（P446L）。残基 446 位于 2 个被认为直接参与磷酸酯结合的基序之间。
Orho-Melander等（2008）通过全基因组关联研究表明，GCKR基因的内含子rs780094变体与较高的血浆甘油三酯水平（p = 3 x 10（-56））和较低的空腹血糖水平相关（p = 1 x 10（-13））（FGQTL5; 613463）。通过基因分型和 GCKR 位点上的 SNP 进行精细定位，确定了一个常见的 1403C-T 转变，导致 pro446 到 leu（P446L；rs1260326）取代，作为与甘油三酯相关的最强信号。rs1260326 SNP 与 rs780094 表现出强烈的连锁不平衡（r（2） = 0.93），其等位基因频率为 0.34。
Vaxillaire等人（2008）在4,833名法国中年人中发现，P446L（rs1260326）SNP的次要T等位基因与较低的空腹血糖水平和空腹胰岛素水平密切相关，反之，则与较高的甘油三酯水平密切相关。
Dupuis 等人（2010）对 21 项全基因组关联研究进行了荟萃分析，这些研究为多达 46,186 名非糖尿病参与者提供了空腹血糖、空腹胰岛素、β 细胞功能指数（HOMA-B）和胰岛素抵抗（HOMA-IR）的信息。对多达 76,558 名其他受试者的 25 个基因座进行随访，确定了 16 个与空腹血糖和 HOMA-B 相关的基因座以及 2 个与空腹胰岛素和 HOMA-IR 相关的基因座。Dupuis et al.（2010）发现空腹血糖升高（p = 5.6 x 10（-38））和甘油三酯水平降低（p = 9.6 x 10（-17））与内含子CT SNP的C等位基因有关（rs780094）位于染色体2p23.3-p23.2上的GCKR基因中。该变异也与空腹胰岛素水平（3.0 x 10（-24））有关。
在使用野生型和 P446L-GKRP 的一系列转染实验中，Beer 等人（2009）报道，在 P446L-GKRP 存在的情况下，F6P 生理浓度的调节减少，间接导致 GCK 活性增加。与 GKRP 活性匹配的测定表明，GCK 活性的剂量依赖性抑制或 F1P 介导的调节没有差异。定量RT-PCR分析表明，GCKR在人肝脏中相对于GCK高表达，而在人胰岛中相对于GCK表达非常低。作者指出，肝脏中 GCK 调节的改变预计会增强糖酵解通量，促进肝脏葡萄糖代谢并提高丙二酰辅酶 A（从头脂肪生成的底物）的浓度。Beer et al.（2009）提出这是 leu446 等位基因与甘油三酯升高和葡萄糖水平降低相关的突变机制。
