Reactive oxygen species (ROS) are well‐established signaling molecules implicated in a wide range of cellular processes, including both oxidative stress and intracellular redox signaling. In the context of insulin action within its target tissues, ROS have been reported to exert both positive and negative regulatory effects. However, the precise molecular mechanisms underlying this duality remain unclear. This Review examines the complex role of ROS in insulin action, with a particular focus on skeletal muscle. We aim to address three critical aspects: (a) the proposed intracellular pro‐oxidative redox shift elicited by insulin, (b) the evidence supporting that redox‐sensitive cysteine modifications impact insulin signaling and action, and (c) cellular mechanisms underlying how ROS can paradoxically act as both enhancers and inhibitors of insulin action. This Review underscores the urgent need for more systematic research to identify specific reactive species, redox targets, and the physiological significance of redox signaling in maintaining insulin action and metabolic health, with a particular emphasis on human skeletal muscle.

ABSTRACT Pre-clinical models suggest a causative nexus between mitochondrial oxidative stress and insulin resistance. However, the translational and pathophysiological significance of this mechanism in humans remains unclear. Herein, we employed an invasive in vivo mechanistic approach in humans to manipulate mitochondrial redox state while assessing insulin action. To this end, we combined intravenous infusion of a lipid overload with intake of a mitochondria-targeted antioxidant (mtAO) in conjunction with insulin clamp studies. During lipid overload, insulin-stimulated muscle glucose uptake, as determined by the femoral arteriovenous balance technique, was increased by mtAO. At the muscle molecular level, mtAO did not affect canonical insulin signaling but augmented insulin-stimulated GLUT4 translocation while decreasing the mitochondrial oxidative burden under lipid oversupply. Ex vivo studies revealed that mtAO ameliorated features of mitochondrial bioenergetics, including diminished mitochondrial H 2 O 2 emission, in muscle fibers exposed to high intracellular lipid levels. These findings provide translational and mechanistic evidence implicating mitochondrial oxidants in the development of lipid-induced muscle insulin resistance in humans. GRAPHICAL ABSTRACT

Abstract Microtubules serve as tracks for long-range intracellular trafficking of glucose transporter 4 (GLUT4), but the role of this process in skeletal muscle and insulin resistance is unclear. Here, we used fixed and live-cell imaging to study microtubule-based GLUT4 trafficking in human and mouse muscle fibers and L6 rat muscle cells. We found GLUT4 localized along and on the microtubules in mouse and human muscle fibers. Pharmacological microtubule disruption using Nocodazole (Noco) prevented long-range GLUT4 trafficking and depleted GLUT4-enriched structures at microtubule nucleation sites in a fully reversible manner. Using a perfused muscle-on-a-chip system to enable real-time glucose uptake measurements in isolated mouse skeletal muscle fibers, we observed that Noco maximally disrupted the microtubule network after 5 min without affecting insulin-stimulated glucose uptake. In contrast, a 2h Noco treatment markedly decreased insulin responsiveness of glucose uptake. Insulin resistance in mouse muscle fibers induced either in vitro by C2 ceramides or in vivo by diet-induced obesity, impaired microtubule-based GLUT4 trafficking. In L6 muscle cells, pharmacological activation of the microtubule motor protein kinesin-1 increased basal and insulin-stimulated GLUT4 translocation, whereas shRNA-mediated knockdown of the kinesin-1 protein encoding gene Kif5B reduced insulin-stimulated GLUT4 translocation. Thus, in adult skeletal muscle fibers, the microtubule network is essential for intramyocellular GLUT4 movement, likely functioning to maintain an insulin-responsive cell-surface recruitable GLUT4 pool via kinesin-1 mediated trafficking.