Impaired insulin-mediated suppression of hepatic glucose production (HGP) plays a major role in the pathogenesis of type 2 diabetes (T2D), yet the molecular mechanism by which this occurs remains unknown. Using a novel in vivo metabolomics approach, we show that the major mechanism by which insulin suppresses HGP is through reductions in hepatic acetyl CoA by suppression of lipolysis in white adipose tissue (WAT) leading to reductions in pyruvate carboxylase flux. This mechanism was confirmed in mice and rats with genetic ablation of insulin signaling and mice lacking adipose triglyceride lipase. Insulin’s ability to suppress hepatic acetyl CoA, PC activity, and lipolysis was lost in high-fat-fed rats, a phenomenon reversible by IL-6 neutralization and inducible by IL-6 infusion. Taken together, these data identify WAT-derived hepatic acetyl CoA as the main regulator of HGP by insulin and link it to inflammation-induced hepatic insulin resistance associated with obesity and T2D.

Autophagy is a cellular degradation-recycling system for aggregated proteins and damaged organelles. Although dysregulated autophagy is implicated in various diseases including neurodegeneration, its role in pancreatic β cells and glucose homeostasis has not been described. We produced mice with β cell-specific deletion of Atg7 (autophagy-related 7). Atg7 mutant mice showed impaired glucose tolerance and decreased serum insulin level. β cell mass and pancreatic insulin content were reduced because of increased apoptosis and decreased proliferation of β cells. Physiological studies showed reduced basal and glucose-stimulated insulin secretion and impaired glucose-induced cytosolic Ca2+ transients in autophagy-deficient β cells. Morphologic analysis revealed accumulation of ubiquitinated protein aggregates colocalized with p62, which was accompanied by mitochondrial swelling, endoplasmic reticulum distension, and vacuolar changes in β cells. These results suggest that autophagy is necessary to maintain structure, mass and function of pancreatic β cells, and its impairment causes insulin deficiency and hyperglycemia because of abnormal turnover and function of cellular organelles.

The cJun NH(2)-terminal kinase (JNK) signaling pathway contributes to inflammation and plays a key role in the metabolic response to obesity, including insulin resistance. Macrophages are implicated in this process. To test the role of JNK, we established mice with selective JNK deficiency in macrophages. We report that feeding a high-fat diet to control and JNK-deficient mice caused similar obesity, but only mice with JNK-deficient macrophages remained insulin-sensitive. The protection of mice with macrophage-specific JNK deficiency against insulin resistance was associated with reduced tissue infiltration by macrophages. Immunophenotyping demonstrated that JNK was required for pro-inflammatory macrophage polarization. These studies demonstrate that JNK in macrophages is required for the establishment of obesity-induced insulin resistance and inflammation.

Significance Chronic low-grade inflammation is a key driver of metabolic syndrome. This inflammatory response is mediated by immune-cell infiltration and the expression of inflammatory cytokines. IL6 is implicated in this response, but the physiological role of IL6 signaling is unclear. Here, we demonstrate that the source of IL6 influences the nature of the inflammatory response. We report that IL6 secreted by myeloid cells inhibits adipose tissue macrophage (ATM) accumulation by a canonical signaling mechanism, but IL6 secreted by adipocytes or muscle promotes ATM accumulation by a noncanonical mechanism. These observations provide physiological insight into the complexity of IL6-mediated regulation of inflammation.

Summary Chronic metabolic inflammation is a key feature of obesity, insulin resistance and diabetes, although the initiation and propagation mechanisms of metaflammation are not fully established, particularly in the adipose tissue. Here we show that in adipocytes, altered regulation of the Ca 2+ channel inositol triphosphate receptor (IP3Rs) is a key, adipocyte-intrinsic, event involved in the emergence and propagation of inflammatory signaling and the resulting insulin resistance. Inflammation, either induced by cytokine exposure in vitro or by obesity in vivo lead to increased expression and activity of IP3Rs in adipocytes in a JNK-dependent manner. This results in increased cytosolic Ca 2+ and impaired insulin action. In mice, adipocyte-specific loss of IP3R1/2 protected against adipose tissue inflammation and insulin resistance despite significant diet-induced weight gain. Thus, this work reveals that IP3R over-activation and the resulting increase in cytosolic Ca 2+ is a key link between obesity, inflammation and insulin resistance, and suggests that approaches to target adipocyte Ca 2+ homeostasis may offer new therapeutic opportunities against metabolic diseases, especially since GWAS studies also implicate this locus in human obesity.