Nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) is a major contributing factor to hepatic insulin resistance in type 2 diabetes. Diacylglycerol acyltransferase (Dgat), of which there are two isoforms (Dgat1 and Dgat2), catalyzes the final step in triglyceride synthesis. We evaluated the metabolic impact of pharmacological reduction of DGAT1 and -2 expression in liver and fat using antisense oligonucleotides (ASOs) in rats with diet-induced NAFLD. Dgat1 and Dgat2 ASO treatment selectively reduced DGAT1 and DGAT2 mRNA levels in liver and fat, but only Dgat2 ASO treatment significantly reduced hepatic lipids (diacylglycerol and triglyceride but not long chain acyl CoAs) and improved hepatic insulin sensitivity. Because Dgat catalyzes triglyceride synthesis from diacylglycerol, and because we have hypothesized that diacylglycerol accumulation triggers fat-induced hepatic insulin resistance through protein kinase C epsilon activation, we next sought to understand the paradoxical reduction in diacylglycerol in Dgat2 ASO-treated rats. Within 3 days of starting Dgat2 ASO therapy in high fat-fed rats, plasma fatty acids increased, whereas hepatic lysophosphatidic acid and diacylglycerol levels were similar to those of control rats. These changes were associated with reduced expression of lipogenic genes (SREBP1c, ACC1, SCD1, and mtGPAT) and increased expression of oxidative/thermogenic genes (CPT1 and UCP2). Taken together, these data suggest that knocking down Dgat2 protects against fat-induced hepatic insulin resistance by paradoxically lowering hepatic diacylglycerol content and protein kinase C epsilon activation through decreased SREBP1c-mediated lipogenesis and increased hepatic fatty acid oxidation.

The transcriptional coactivator PPARγ coactivator 1α (PGC-1α) is a strong activator of mitochondrial biogenesis and oxidative metabolism. While expression of PGC-1α and many of its mitochondrial target genes are decreased in the skeletal muscle of patients with type 2 diabetes, no causal relationship between decreased PGC-1α expression and abnormal glucose metabolism has been established. To address this question, we generated skeletal muscle–specific PGC-1α knockout mice (MKOs), which developed significantly impaired glucose tolerance but showed normal peripheral insulin sensitivity. Surprisingly, MKOs had expanded pancreatic β cell mass, but markedly reduced plasma insulin levels, in both fed and fasted conditions. Muscle tissue from MKOs showed increased expression of several proinflammatory genes, and these mice also had elevated levels of the circulating IL-6. We further demonstrated that IL-6 treatment of isolated mouse islets suppressed glucose-stimulated insulin secretion. These data clearly illustrate a causal role for muscle PGC-1α in maintenance of glucose homeostasis and highlight an unexpected cytokine-mediated crosstalk between skeletal muscle and pancreatic islets.

Acetyl-CoA carboxylase 2 (ACC)2 is a key regulator of mitochondrial fat oxidation. To examine the impact of ACC2 deletion on whole-body energy metabolism, we measured changes in substrate oxidation and total energy expenditure in Acc2(-/-) and WT control mice fed either regular or high-fat diets. To determine insulin action in vivo, we also measured whole-body insulin-stimulated liver and muscle glucose metabolism during a hyperinsulinemic-euglycemic clamp in Acc2(-/-) and WT control mice fed a high-fat diet. Contrary to previous studies that have suggested that increased fat oxidation might result in lower glucose oxidation, both fat and carbohydrate oxidation were simultaneously increased in Acc2(-/-) mice. This increase in both fat and carbohydrate oxidation resulted in an increase in total energy expenditure, reductions in fat and lean body mass and prevention from diet-induced obesity. Furthermore, Acc2(-/-) mice were protected from fat-induced peripheral and hepatic insulin resistance. These improvements in insulin-stimulated glucose metabolism were associated with reduced diacylglycerol content in muscle and liver, decreased PKC activity in muscle and PKCepsilon activity in liver, and increased insulin-stimulated Akt2 activity in these tissues. Taken together with previous work demonstrating that Acc2(-/-) mice have a normal lifespan, these data suggest that Acc2 inhibition is a viable therapeutic option for the treatment of obesity and type 2 diabetes.