以Exosome为载体的NCDase干预脂毒性致2型糖尿病的作用及机制研究

The sphingolipid signaling pathway in which ceramide is the center plays a pivotal role in the regulation of lipotoxicity-induced β-cell damage and insulin resistance. Neutral ceramidase (NCDase) is a key enzyme in the hydrolysis of ceramide and the regulation of sphingolipid pathway. Our group firstly reported NCDase constitutively expressed in rat β-cells and was related to cell protection. We have recently found that over-expression of NCDase can significantly reduce free fatty acid (palmitic acid)-induced β-cell damage. In addition, we firstly found that β-cell can secret active NCDase by exosome, and we got exosome with rich NCDase through stimulating NCDase-overexpressed β-cells to release exosome. Moreover, we preliminarily observed NCDase by exosome as a carrier can reduce lipotoxicity-induced β-cell damage, attenuate liver cell and skeletal muscle cell insulin resistance induced by palmitic acid. Based on the above data, we will use cell and animal models to study the exact role and mechanism of NCDase by exosome as a carrier in the intervention effects on lipotoxicity mediated β-cell damage and insulin resistance and further provide some good ideas for type 2 diabetes therapies.

以神经酰胺为中心的神经鞘脂信号通路在调控脂毒性致β细胞损伤与胰岛素抵抗中起着关键作用。中性神经酰胺酶（NCDase）是水解神经酰胺、调控神经鞘脂通路的关键酶。本课题组首次报道NCDase在β细胞组成型表达并与细胞保护有关。我们近期发现NCDase基因高表达能明显缓解游离脂肪酸（棕榈酸）诱导的β细胞损伤。此外，我们首次发现β细胞能以Exosome形式分泌具有酶活性的NCDase，并通过刺激高表达NCDase基因的β细胞释放Exosome，稳定获得富含NCDase的Exosome，初步观察到以Exosome为载体的NCDase通过调控神经鞘脂通路减轻β细胞脂毒性损伤，改善棕榈酸诱导的肝细胞、骨骼肌细胞胰岛素抵抗。基于上述前期工作，本项目将在细胞和动物模型上进一步研究以Exosome为载体的NCDase减轻脂毒性致β细胞损伤与胰岛素抵抗的确切作用及机制，从而为2型糖尿病脂毒性的治疗提供新的思路。

由过多的游离脂肪酸诱导的脂毒性是2型糖尿病起病的关键环节之一。脂毒性是指过量的脂质－主要为过高的游离脂肪酸在胰岛β细胞、肝脏、骨骼肌等组织脏器异位沉积，并诱导细胞凋亡、抑制胰岛素的合成和分泌、以及降低胰岛素敏感性等导致其功能障碍。以神经酰胺为中心的神经鞘脂信号通路在脂代谢异常诱导的β细胞损伤和胰岛素抵抗中起重要作用。中性神经酰胺酶（NCDase）是水解神经酰胺、调节神经鞘脂通路的关键酶。在细胞模型研究上，我们发现NCDase基因高表达能缓解游离脂肪酸（棕榈酸）诱导的β细胞脂毒性损伤。此外，我们首次发现β细胞能以Exosome的形式分泌具有酶活性的NCDase，并通过刺激高表达NCDase基因的β细胞释放Exosome，分离提纯Exosome，稳定获得富含NCDase的Exosome。我们进一步发现以Exosome为载体的NCDase能缓解β细胞脂毒性和炎症应激损伤，改善游离脂肪酸诱导的肝脏、骨骼肌胰岛素抵抗。上述作用与其调控神经鞘脂信号通路，即减少神经酰胺生成、增加1-磷酸神经鞘氨醇水平、促进1-磷酸神经鞘氨醇与1-磷酸神经鞘氨醇受体2结合有关。此外，以Exosome为载体的NCDase通过调控神经鞘脂信号通路保护β细胞、改善胰岛素抵抗的下游具体机制包括减轻氧化应激、抑制caspase-3磷酸化、诱导PI3K/AKT/GSK3信号通路活化及胰岛素受体底物酪氨酸磷酸化等。基于本研究发现：β细胞能以Exosome形式分泌NCDase，以Exosome为载体的NCDase能够缓解游离脂肪酸和炎症应激诱导的β细胞凋亡和胰岛素抵抗，而Exosome作为细胞间交流的运载工具，具有保持其所携带的信号分子和酶活性不降解的特殊优越性和潜在的临床应用价值，使“外源性NCDase干预”可能成为2型糖尿病治疗的手段。