AMPA受体在胰岛素分泌中的作用及其分子机制

清楚了解胰岛细胞的工作机制是研究糖尿病发病机制和药物治疗靶点的需要。近来新增的证据表明，胰岛中可能存在离子型谷氨酸受体－AMPA受体。但由于研究手段限制，目前的研究结果仍然互相矛盾；AMPA受体在胰岛素分泌中的作用方式和机制也不清楚。本课题组已经建立了胰岛切片全细胞电生理记录技术，是世界上仅有的少数几家能够进行此项技术的实验室之一。本项目将利用胰岛切片全细胞膜片钳，结合分子和细胞生物学、钙荧光成像技术及基因敲除动物等技术手段，研究以下内容：1）胰岛β细胞上的AMPA受体及其对胰岛素分泌的影响；2）AMPA受体对胰岛素分泌起作用的细胞内信号通路。本项目所采取的实验方法将可以准确地反映生理条件下AMPA受体及介导的信号系统的特性。本项目的研究结果将进一步了解胰岛素产生及其受调节的分子和细胞机制，为糖尿病的早期防治和新药研制提供新的靶点和思路。

胰岛素主要贮存在胰岛β细胞内，通过复杂而有序的机制调节血糖代谢。了解胰岛细胞的工作机制是研究糖尿病发病机制和药物治疗靶点的需要。目前的经典理论认为，血糖升高时，葡萄糖通过糖转运体2进入β细胞，造成ATP水平升高。ATP升高后抑制了ATP敏感的钾离子通道，从而导致细胞膜去极化和激活电压敏感的钙离子通道。近来证据表明，胰岛中可能存在离子型谷氨酸受体－AMPA受体。生化实验表明三个AMPA受体亚基在胰岛中均有表达。免疫细胞化学分析提示胰岛中谷氨酸可能由α细胞和神经元分泌而来。由于许多实验采用了细胞克隆系，酶解分离单细胞或分离胰岛研究谷氨酸受体，破坏了胰岛的结构和环境，实验数据具有不确定性，甚至可能误导。如Cabarera等认为β细胞上没有离子型谷氨酸受体，这与以往的结果不一致。因此，需要进一步详细研究β细胞中离子型谷氨酸受体的表达和功能。我们建立了胰岛切片全细胞电生理记录技术，是世界上仅有的少数几家能够进行此项技术的实验室之一。我们利用胰岛切片全细胞膜片钳，结合分子和细胞生物学、钙荧光成像技术及基因敲除动物等技术手段，研究以下内容：1）胰岛β细胞上的AMPA受体及其对胰岛素分泌的影响；2）AMPA受体对胰岛素分泌起作用的细胞内信号通路。我们的研究结果表明，含有GluR2亚基的AMPA受体表达在胰岛β细胞上。AMPA受体激活后，会造成ATP敏感的钾通道电导值降低，细胞膜电压振荡，增加了胞内钙离子浓度和胰岛素囊泡靠近细胞膜，因此胰岛素分泌增加。AMPA受体的这种作用是通过细胞内的cGMP含量而起作用的。我们的实验证明谷氨酸受体参与了β细胞的胰岛素分泌。本项目的研究结果将进一步了解胰岛素产生及其受调节的分子和细胞机制，为糖尿病的早期防治和新药研制提供新的靶点和思路。