焦向英教授課題組發(fā)現(xiàn)TXNIP可通過PI3K/AKT信號通路參與胰島β細(xì)胞的增殖調(diào)控
糖尿病是一種由遺傳和環(huán)境等因素共同引起的，以胰島素絕對或相對缺乏為主要特征的慢性代謝性疾病。胰島素是由胰島β細(xì)胞分泌產(chǎn)生的。因此，胰島β細(xì)胞的數(shù)量減少和功能障礙是糖尿病發(fā)生發(fā)展的主要原因。目前治療糖尿病的主要手段是依靠控制飲食，增加運(yùn)動，使用降糖藥物，以達(dá)到控制血糖水平的目的，但這些手段往往只能不同程度緩解糖尿病癥狀，不能達(dá)到長期控制血糖或逆轉(zhuǎn)糖尿病進(jìn)程的目的，大多最終需要依賴胰島素。因此，促進(jìn)胰島β細(xì)胞增殖，恢復(fù)胰島β細(xì)胞數(shù)量及功能是治療糖尿病的最有效辦法。然而，β細(xì)胞增殖的準(zhǔn)確機(jī)制是什么？如何促進(jìn)其增殖仍然不清楚。
c7c7.app焦向英教授課題組長期從事硫氧還蛋白相互作用蛋白（Thioredoxin interacting protein，TXNIP）的研究。TXNIP是一種在多個(gè)組織器官中廣泛表達(dá)的多功能蛋白質(zhì)。TXNIP的表達(dá)與糖尿病、心血管疾病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、癌癥等多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，具有介導(dǎo)氧化應(yīng)激、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡及抑制細(xì)胞增殖等作用。
TXNIP是一種重要的腫瘤抑制因子，參與細(xì)胞生長調(diào)控，具有抑制細(xì)胞增殖和阻滯細(xì)胞周期進(jìn)程的作用。但TXNIP是否也參與胰島β細(xì)胞的增殖調(diào)控，目前也無報(bào)道，有待觀察。
課題組構(gòu)建了TXNIP基因敲除小鼠模型。正常生理?xiàng)l件下，成年胰島β細(xì)胞增殖能力低下，基本不發(fā)生增殖。因此，該課題組采用高脂喂養(yǎng)誘導(dǎo)胰島β細(xì)胞的代償性增殖模型，觀察TXNIP對胰島β細(xì)胞增殖的作用并進(jìn)一步闡明其作用機(jī)制。
TXNIP基因敲除小鼠血糖水平降低，血清胰島素水平升高。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)TXNIP基因敲除可以增加高脂喂養(yǎng)的肥胖小鼠胰島β細(xì)胞質(zhì)量（β cell mass）（圖1）。
圖1
隨后課題組分別進(jìn)行了Ki67和PCNA的免疫熒光染色。結(jié)果顯示，TNXIP基因敲除的高脂喂養(yǎng)小鼠胰島中Ki67和PCNA陽性細(xì)胞數(shù)量顯著增多（圖2）。提示TNXIP基因敲除可以促進(jìn)高脂喂養(yǎng)誘導(dǎo)的肥胖模型小鼠中胰島β細(xì)胞的代償性增殖。
圖2
細(xì)胞增殖過程最終需要通過加速細(xì)胞周期的運(yùn)轉(zhuǎn)而得以實(shí)現(xiàn)，而細(xì)胞周期受到各種細(xì)胞周期蛋白、細(xì)胞周期蛋白依賴激酶及細(xì)胞周期相關(guān)的抑制因子等的調(diào)節(jié)。細(xì)胞周期蛋白（Cyclins）和細(xì)胞周期蛋白依賴激酶（Cdks）組成復(fù)合物，促進(jìn)各時(shí)期細(xì)胞周期的時(shí)相轉(zhuǎn)換。課題組進(jìn)一步采用Western blot和RT-qPCR檢測了細(xì)胞周期調(diào)節(jié)因子的變化，結(jié)果表明，TNXIP基因敲除能夠促進(jìn)高脂喂養(yǎng)誘導(dǎo)的肥胖模型小鼠胰島β細(xì)胞細(xì)胞增殖周期進(jìn)程（圖3）。
圖3
來自于細(xì)胞外的促增殖激素或生長因子包括血小板源性生長因子、胰島素、葡萄糖、生長激素和胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）等通過相應(yīng)受體，激活多種細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑參與胰島β細(xì)胞增殖的調(diào)控，其中PI3K/AKT、ERK、Wnt/β-catenin是最主要的增殖調(diào)控信號通路。為了進(jìn)一步闡明TXNIP對胰島β細(xì)胞增殖的調(diào)控機(jī)制，該課題組檢測了參與胰島β細(xì)胞增殖調(diào)控的信號通路，結(jié)果發(fā)現(xiàn)TXNIP基因敲除在高脂喂養(yǎng)的小鼠中能夠激活PI3K/AKT信號通路（圖4）。
圖4
綜上所述，TXNIP基因敲除在高脂喂養(yǎng)誘導(dǎo)的肥胖模型小鼠中能夠促進(jìn)胰島β細(xì)胞的代償性增殖，并通過激活PI3K/AKT信號通路參與胰島β細(xì)胞的增殖調(diào)控。
該研究結(jié)果已在Endocr Connect上發(fā)表。論文第一署名單位為c7c7.app。c7c7.app基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院2018級博士研究生雷占東為論文的第一作者。通訊作者為博士生導(dǎo)師焦向英教授。該研究得到山西省自然科學(xué)基金的資助。
